DE19718387A1

DE19718387A1 - Gas-turbine installation with air-cooled generator

Info

Publication number: DE19718387A1
Application number: DE19718387A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Klaar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1997-11-20

Abstract

A gas-turbine installation includes a compressor (6) driven by a gas-turbine (7) with the compressor connected ahead of the gas-turbine, as seen in the gas flow-direction, and a generator (4) driven by the gas-turbine. The generator is flow-engineered such that it is connected to the compressor (6) in such a way that at least a part of the gas, which is flowed through the compressor, flows through the generator (4), the latter being connected via a line (8) to the entrance side of the compressor.

Description

Gasturbinenanlagen finden Verwendung im Bereich der Stromer zeugung. Eine Gasturbinenanlage umfaßt einen Luft-Verdichter, eine Brennkammer und eine Gasturbine sowie einen Generator.Gas turbine systems are used in the field of electricity generation. A gas turbine plant includes an air compressor, a combustion chamber and a gas turbine as well as a generator.

Der Luft-Verdichter saugt Luft aus der umgebenden Atmosphäre an, komprimiert sie auf einen vorbestimmten Druck und fördert sie in die Brennkammer. Der Brennstoff, beispielsweise Erdgas oder Heizöl, wird über Düsen in die Brennkammer gedrückt und mit der komprimierten Luft verbrannt. Das dabei entstehende, heiße komprimierte Verbrennungsgas strömt aus der Brennkammer in die Turbine, treibt diese an und wird dabei entspannt. Die in der Turbine erzeugte Leistung dient zum Antrieb des Gene rators und des Luft-Verdichters. Als Nutzleistung steht die Leistung des Generators zur Verfügung. Während des Betriebes eines Generators ist es notwendig, diesen zu kühlen. Der Kühlbedarf des Generators steigt mit steigender Generatorlei stung. Zur Kühlung des Ständers eines Generators werden auf der Welle angeordnete Lüfter vorgesehen, die einen Kühlmit telstrom erzeugen und durch den Generator fördern. Aus der Druckschrift der Firma Siemens AG "Turbogeneratoren", 1993, ist es bekannt, an beiden Enden der Welle des Generators je weils einen Lüfter innerhalb des Generatorgehäuses anzuord nen. Eine solche Anordnung der Lüfter innerhalb des Gehäuses geht mit einer relativ großen Baulänge des Generators einher. Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung des Generators wird die Ausgestaltung des Lüfters durch den Generator als solchen bestimmt, wodurch bei der strömungstechnischen Ausgestaltung der Lüfter und der Kühlkanäle enge Grenzen gesetzt sind.The air compressor sucks air from the surrounding atmosphere , compresses it to a predetermined pressure and conveys it them into the combustion chamber. The fuel, for example natural gas or heating oil, is pressed into the combustion chamber via nozzles and burned with the compressed air. The resulting hot compressed combustion gas flows out of the combustion chamber into the turbine, drives it and is relaxed. The Power generated in the turbine drives the gene rators and the air compressor. It stands as a useful service Power of the generator available. During operation of a generator, it is necessary to cool it. Of the The cooling requirement of the generator increases with increasing generator output stung. To cool the stator of a generator are on the shaft arranged fans are provided, which a Kühlmit Generate telstrom and promote by the generator. From the Siemens AG publication "Turbogeneratoren", 1993, it is known, depending on both ends of the shaft of the generator because to place a fan inside the generator housing nen. Such an arrangement of the fans within the housing goes hand in hand with a relatively large overall length of the generator. Due to the design of the generator the design of the fan by the generator as such determines what in the fluidic design the fan and the cooling channels are strictly limited.

Durch die US-PS 3,816,751 ist eine Gasturbinenanlage bekannt, bei der ein Verdichter und ein Generator durch eine Gastur bine angetrieben wird. Der Generator ist strömungstechnisch so mit dem Verdichter verbunden, daß ein Teil des den Ver dichter durchströmenden Gases dem Generator zugeführt wird. Dieser Teil des Gases dient als Kühlgas zur Kühlung des Gene rators. Das Kühlgas wird in einem geschlossenen Kreislauf ge führt.A gas turbine system is known from US Pat. No. 3,816,751, where a compressor and a generator by a gas bine is driven. The generator is fluidic connected to the compressor so that part of the ver denser flowing gas is fed to the generator. This part of the gas serves as a cooling gas for cooling the gene rators. The cooling gas is ge in a closed circuit leads.

Bei dieser, aus der US-PS 3,816,751 bekannten Kühlungsart dient der vom Verdichter abgezweigte Teilstrom zur Aufladung des Kühlkreislaufes sowie zur Kompensation etwaiger Kühlgas verluste innerhalb des geschlossenen Kühlgaskreislaufes.In this type of cooling known from US Pat. No. 3,816,751 the partial flow diverted from the compressor is used for charging the cooling circuit and to compensate for any cooling gas losses within the closed cooling gas circuit.

Zum Stand der Technik zählt auch die DE-OS 25 19 090, die sich ebenfalls mit der Kühlung eines Generators befaßt. Nach dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, daß als Kühlgas für den Generatorkreislauf Helium vorgesehen ist, das von einer Anzapfung hohen Druckes am Verdichter der Gasturbine einen Generator durchströmt und nach Durchströmen und Kühlen des Generators dem Verdichter an eine Stelle niedrigen Druckes wieder zugeführt wird.The prior art also includes DE-OS 25 19 090, the also deals with the cooling of a generator. After this document proposes that as a cooling gas for the helium generator circuit is provided by a Tapping high pressure on the compressor of the gas turbine Flow through the generator and after flowing through and cooling the Generator to the compressor at a point of low pressure is fed again.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Auf gabe zugrunde, eine Gasturbinenanlage mit einer verbesserten Kühlung eines luftgekühlten Generators anzugeben. Desweiteren soll ein verbessertes Verfahren zur Kühlung eines Generators einer Gasturbinenanlage angegeben werden. Proceeding from this, the present invention is based on based on a gas turbine plant with an improved Specify cooling of an air-cooled generator. Furthermore is supposed to be an improved method for cooling a generator a gas turbine plant can be specified.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gasturbinenan lage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfin dungsgemäße Verfahren zum Kühlen eines Generators einer Gasturbinenanlage ist Gegenstand des Anspruchs 4. Vorteil hafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Gasturbinen anlage bzw. des Verfahrens zum Kühlen eines Generators sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a gas turbine was solved with the features of claim 1. That invented Method according to the invention for cooling a generator Gas turbine plant is the subject of claim 4. Advantage strong further developments and refinements of the gas turbines are plant or the method for cooling a generator Subject of the subclaims.

Die erfindungsgemäße Gasturbinenanlage umfaßt einen von einer Gasturbine angetriebenen Luft-Verdichter, der in Strömungs richtung der Luft der Gasturbine vorgeschaltet ist und einen von der Gasturbine angetriebenen Generator zeichnet sich da durch aus, daß der Generator strömungstechnisch mittels einer Unterdruck-Leitung so mit dem Luft-Verdichter verbunden ist, daß wenigstens ein Teil der den Luft-Verdichter durchströ menden Luft auch den Generator zur Saugkühlung durchströmt. Durch diese Maßnahme kann bei dem Generator auf die auf der Welle angeordneten Lüfter, die beim bisherigen Stand der Technik den benötigten Kühlmittelstrom erzeugten und durch den Generator trieben, verzichtet werden. Hierdurch bedingt verringert sich auch die Baulänge eines Generators. Zur Be förderung der Kühlluft ist auch kein zusätzlicher Verdichter bzw. Lüfter notwendig, da der für die Gasturbine notwendige Luft-Verdichter zur Erzeugung eines Kühlluftstroms herangezo gen werden kann. Der Luft-Verdichter wird dabei von der Gasturbine angetrieben.The gas turbine system according to the invention comprises one of one Gas turbine powered air compressor that is in flow direction of the air upstream of the gas turbine and one generator driven by the gas turbine stands out by from that the generator fluidically by means of a Vacuum line is connected to the air compressor so that at least a part of the air compressor flows through air also flows through the generator for suction cooling. This measure allows the generator on the Shaft arranged fans, which at the previous state of the Technology generated and through the required coolant flow drive the generator, be dispensed with. Due to this the overall length of a generator is also reduced. To Be promoting the cooling air is also not an additional compressor or fan necessary, since the one necessary for the gas turbine Air compressor used to generate a cooling air flow can be gen. The air compressor is used by the Gas turbine driven.

Die Kühlung des Generators, insbesondere die Ständerkühlung bzw. die Läuferkühlung, kann durch höhere Volumenströme des Kühlmittels und günstigere Kühlmittelführung verbessert wer den, wodurch auch eine Leistungssteigerung des Generators er möglicht wird. Durch den Wegfall der Lüfter wird auch eine Steigerung des Generatorwirkungsgrades erreicht, da sich eine Reduzierung der Reibungsverluste der Lüfter ergibt. Strö mungstechnisch betrachtet ist auch der Wirkungsgrad eines Verdichters besser als der eines Lüfters, da Verdichter strö mungstechnisch optimiert sind, was aufgrund der Einbauver hältnisse bei Lüftern nicht zwingend gegeben ist. Mit der Leistungssteigerung des Generators wird auch der Wirkungsgrad des Generators verbessert. Aufgrund der kürzeren Baulänge des Läufers des Generators sind auch die konstruktiven Zwänge z. B. zum Anbau eines rotierenden Gleichrichterbrückenerreger satzes größerer Leistung und zur Unterbringung von Hilfs schleifringen für das Anfahren der Gasturbine geringer.The cooling of the generator, especially the stator cooling or the rotor cooling, can be caused by higher volume flows of the Coolant and cheaper coolant management who improved the, which also increases the performance of the generator is possible. By eliminating the fans, there is also a Increased generator efficiency achieved because there is a Reduction of the friction losses of the fans results. Stream From a technical point of view, the efficiency is also one Compressor better than that of a fan because the compressor flows are technically optimized, which due to the installation ver conditions for fans is not mandatory. With the The generator's performance will also increase the efficiency of the generator improved. Due to the shorter length of the Runner of the generator are also the design constraints. B. for mounting a rotating rectifier bridge exciter set of greater performance and to accommodate auxiliary slip rings for starting the gas turbine less.

Die Kühlung des Generators erfolgt erfindungsgemäß durch Saugkühlung. Bei der Saugkühlung des Generators ist der Ge nerator über eine Unterdruck-Leitung mit der Eintrittsseite des Luft-Verdichters verbunden. Der Luft-Verdichter saugt Luft durch den Generator hindurch an. Während des Durchströ mungsvorgangs der Luft durch den Generator wird dieser ge kühlt.According to the invention, the generator is cooled by Suction cooling. When the generator is suction cooled, the Ge nerator via a vacuum line with the inlet side of the air compressor connected. The air compressor sucks Air through the generator. During the flow process of air generation by the generator cools.

Bevorzugt ist eine Gasturbinenanlage, bei der in der Unter druck-Leitung zwischen dem Generator und Luft-Verdichter ein Wärmetauscher angeordnet ist.Preferred is a gas turbine plant in which in the lower pressure line between the generator and air compressor Heat exchanger is arranged.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Saugkühlung eines Generators einer Gasturbinenanlage werden der Generator und ein Luft-Verdichter durch eine Gasturbine angetrieben, wobei wenigstens ein Teilstrom der den Luft-Verdichter durchströ menden Luft durch den Generator hindurch angesaugt wird, was die Kühlung des Generators bewirkt.According to the inventive method for suction cooling Generators of a gas turbine plant are the generator and an air compressor being driven by a gas turbine at least a partial flow that flows through the air compressor air is sucked in through the generator, which the generator is cooled.

Bevorzugt wird ein Verfahren, bei dem die Luft vor dem Ein tritt in den Generator und/oder nach dem Austritt aus dem Ge nerator gekühlt wird.A method is preferred in which the air before the on enters the generator and / or after exiting the ge nerator is cooled.

Weitere Vorteile und Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens wer den anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiele näher erläutert. Es zeigen:Further advantages and details of an inventive Gas turbine plant and the method according to the invention the on the basis of the execution shown in the drawing games explained. Show it:

Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gasturbinenanlage und Fig. 1 shows schematically a first embodiment of a gas turbine system and

Fig. 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gasturbinenanlage. Fig. 2 shows schematically a second embodiment of a gas turbine system.

Die in der Fig. 1 dargestellte Gasturbinenanlage umfaßt einen von einer Gasturbine 7 angetriebenen Luft-Verdichter 6. Ein Generator 4 wird ebenfalls von der Gasturbine 7 angetrieben. Die mechanische Kopplung zwischen der Gasturbine 7 und dem Luft-Verdichter 6 bzw. dem Generator 4 ist durch die mit 12 gezeichnete gestrichelte Linie angedeutet.The gas turbine system shown in FIG. 1 comprises an air compressor 6 driven by a gas turbine 7 . A generator 4 is also driven by the gas turbine 7 . The mechanical coupling between the gas turbine 7 and the air compressor 6 or the generator 4 is indicated by the dashed line drawn with 12.

Der Luft-Verdichter 6 ist eintrittsseitig mit einer Zuleitung 1 verbunden. In der Zuleitung 1 ist ein Filter 2, z. B. ein mit einem Schalldämpfer versehener Filter angeordnet. Durch die Zuleitung 1 und den Filter 2 wird Luft angesaugt, die im Luft-Verdichter 6 verdichtet wird. Austrittsseitig ist der Luft-Verdichter 6 über eine Austrittsleitung 13 mit der Ein trittsseite der Gasturbine 7 verbunden.The air compressor 6 is connected on the inlet side to a feed line 1 . In the feed line 1 is a filter 2 , for. B. a filter provided with a silencer. Air is sucked in through the feed line 1 and the filter 2 and is compressed in the air compressor 6 . On the outlet side, the air compressor 6 is connected via an outlet line 13 to the inlet side of the gas turbine 7 .

Zur Saugkühlung des Generators 4 der Gasturbinenanlage ist der Generator 4 über eine Unterdruck-Leitung 8 mit der Ein trittsseite des Luft-Verdichters 6 verbunden. In der Leitung 8 ist ein Wärmetauscher 10 angeordnet, der den aus dem Gene rator 4 kommenden Luftstrom abkühlt. Vor dem Eintritt der Luft in den Generator 4 wird diese in einem Filter 3 gefil tert.For suction cooling of the generator 4 of the gas turbine system, the generator 4 is connected via a vacuum line 8 to the entry side of the air compressor 6 . In the line 8 , a heat exchanger 10 is arranged, which cools the air flow coming from the generator 4 . Before the air enters the generator 4 , it is filtered in a filter 3 .

Wir nehmen nunmehr Bezug auf das in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Gasturbinenanlage. Bei dieser Gasturbinenanlage wird Luft über eine Zuleitung 1 von einem Luft-Verdichter 6 angesaugt. In der Zuleitung 1 ist ein Fil ter 2 angeordnet, in dem die Luft gefiltert wird. Während des Filtervorgangs werden Aerosole aus der Zuluft entfernt. Die angesaugte Luft wird über eine Leitung 13 von dem Luft-Ver dichter 6 zu der Gasturbine 7 geleitet. In diesem Ausfüh rungsbeispiel wird ein Teilstrom der Luft von der Zuleitung 1 über die Leitung 5 durch den Generator 4 und über die Unter druck-Leitung 8 von dem Luft-Verdichter 6 angesaugt, wodurch sich für den Generator 4 eine Saugkühlung ergibt. Die ver dichtete Luft strömt aus dem Luft-Verdichter 6 über eine Lei tung 13 zu der Gasturbine 7. Zwischen dem Generator 4 und dem Luft-Verdichter 6 ist in der Unterdruck-Leitung 8 ein Wärme tauscher 10 angeordnet, in dem die Kühlluft abgekühlt wird.We now refer to the exemplary embodiment of a gas turbine system shown in FIG. 2. In this gas turbine system, air is drawn in by an air compressor 6 via a feed line 1 . In the feed line 1 a Fil ter 2 is arranged, in which the air is filtered. Aerosols are removed from the supply air during the filtering process. The intake air is passed via a line 13 from the air compressor 6 to the gas turbine 7 . In this example, a portion of the air is drawn from the supply line 1 via the line 5 through the generator 4 and via the vacuum line 8 from the air compressor 6 , which results in suction cooling for the generator 4 . The compressed air ver flows from the air compressor 6 via a line 13 to the gas turbine 7th Between the generator 4 and the air compressor 6 , a heat exchanger 10 is arranged in the vacuum line 8 , in which the cooling air is cooled.

Claims

1. A gas turbine plant comprising a generator driven by a gas turbine (7) air compressor (6) which is connected upstream in the flow direction of the air of the gas turbine (7), and a generator driven by the gas turbine (7) air-cooled generator (4), wherein the generator ( 4 ) fluidically connected to the air compressor ( 6 ) in such a way that at least some of the air flowing through the compressor ( 6 ) also flows through the generator ( 4 ), the generator ( 4 ) for suction cooling from the outlet side via a vacuum Line ( 8 ) is connected to the entry side of the air compressor ( 6 ).

2. Gas turbine system according to claim 1, characterized in that a heat exchanger ( 10 ) is arranged in the vacuum line Un ( 8 ).

3. Gas turbine system according to claim 1 or 2, characterized in that the generator ( 4 ) is also connected on the inlet side via a line ( 5 ) to egg ner, connected to the air compressor ( 6 ), feed line ( 1 ).

4. A method for suction cooling an air-cooled generator ( 4 ) of a gas turbine system, in which the generator ( 4 ) and an air compressor ( 6 ) are driven by a gas turbine ( 7 ), at least some of which are from the air compressor ( 6 ) sucked air is sucked through the generator ( 4 ).

5. The method according to claim 4, wherein the air is cooled before entering the generator ( 4 ) and / or after exiting the generator ( 4 ).