DE19829398A1

DE19829398A1 - Gasturbine

Info

Publication number: DE19829398A1
Application number: DE1998129398
Authority: DE
Inventors: Franz Joos; Uy-Liem Nguyen
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2000-01-05
Also published as: GB2339013A; GB9914978D0

Abstract

Abhängig von der jeweiligen Wärmebelastung der Brennkammerwände und auch je nach den auftretenden Brennkammerpulsationen soll ein veränderlicher Teil der Verdichterluft zur Kühlung (7, 9) verwendet werden. Das bedeutet gleichzeitig, daß auch ein veränderlicher Teil der Verdichterluft in den Brenner-Eintrittsraum (4) (Brennerplenum) geleitet wird. Hierfür ist ein Bypass (10) zwischen Verdichter-Austrittsraum (3) (Brennkammerplenum) und dem Brennerplenum (4) vorhanden. Es wird nunmehr ein Steuerorgan (14) für den Bypass (10) vorgeschlagen, um seine Querschnittfläche, z. B. stufenlos, zu verändern, also zu verkleinern oder zu vergrößern, um die erwähnte Wärmebelastung und die akustische Impedanz auf optimalen Werten zu halten. Die Betätigung des Steuerorgans (14) kann eine Regulierung oder eine Regelung sein und erfolgt in der Gasturbinen-Betriebsstellung, so daß also die Gasturbine hierfür nicht geöffnet werden muß.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, mit einem Verdichter, einem Verdichter-Aus trittsraum, einem Brenner-Eintrittsraum, einer zwischen dem Verdichter-Aus trittsraum und dem Brenner-Eintrittsraum liegenden Brennerhaube, einer Brennkammer sowie mit einem mit dem Brenner-Eintrittsraum in Verbindung stehenden Kühlluftraum, wobei zwischen dem Verdichter-Austrittsraum und dem Brenner-Eintrittsraum ein Bypass für Verdichterluft angeordnet ist.

Stand der Technik

Es ist bekannt, abhängig von der jeweiligen Wärmebelastung der Brennkammer wände und auch je nach den auftretenden Brennkammerpulsationen einen unter schiedlichen Teil der Verdichterluft zur Kühlung zu verwenden. Das bedeutet gleichzeitig, dass auch ein veränderlicher Teil der Verdichterluft in den Brenner-Ein trittsraum (Brennerplenum) geleitet wird. Hierfür wird ein Bypass zwischen Ver dichter-Austrittsraum (Brennkammerplenum) und dem Brennerplenum verwendet. In einem Testlauf der Gasturbine stellt man also die auftretende Wärmebelastung und die Brennkammerpulsationen fest, und je nach den Messergebnissen kann die Bemessung des Bypasses anders ausgelegt, also geändert werden. Dies wird bei geöffneter Gasturbine durchgeführt. Es hat sich aber gezeigt, dass die nach einem solchen Testlauf eingestellten Werte für den Bypass nicht immer, d. h. nicht bei allen Betriebsbedingungen optimal sind. Durch Störung des Luft-Brennstoff-Ver hältnisses kann ein nennenswerter Abfall des Brennkammerdruckes auftreten, so dass wiederum solche Brennkammerpulsationen auftreten können, die nicht mehr toleriert werden können. So können durch Verbrennungsstörungen Schwin gungen in der Flammenfront auftreten, so dass die akustische Frequenz des Brennkammervolumens in Resonanz zur Flammenfrontschwingung kommt. Die Gasturbine arbeitet dann laut, und es können durch auftretende hohe Kräfte Be schädigungen entstehen.

Darstellung der Erfindung

Es wird bezweckt, eine Gasturbine dahingehend zu verbessern, dass die vor erwähnten Nachteile vermieden werden können. Die erfindungsgemässe Gas turbine ist gekennzeichnet durch ein Steuerorgan am Bypass zum Verändern sei ner Querschnittfläche.

Durch diese Massnahme ist es nunmehr möglich, die Gasturbine in ihrer Betriebs stellung (also im geschlossenen Zustand) auch während des Betriebes hinsicht lich ihres Bypasses zu steuern, bis wiederum die Gasturbine einen ruhigen Lauf hat und zum Beispiel die überwachte Wärmebelastung der Brennkammerwände sich im zulässigen Bereich hält.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sche matisch dargestellt, wobei von der Gasturbine ein Stück eines Längsschnittes ge zeigt ist.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Gasturbine hat einen Verdichter 1, 2 und einen Verdichter-Austrittsraum 3 (Brennkammerplenum). Es ist weiterhin ein Brenner-Eintrittsraum 4 (Brenner plenum) vorhanden, sowie eine zwischen Verdichter-Austrittsraum 3 und dem Brenner-Eintrittsraum 4 liegende Brennerhaube 5. Es ist weiterhin eine Brenn kammer 6 vorhanden und ein mit dem Brenner-Eintrittsraum 4 in Verbindung ste hender Kühlluftraum 7. Ein Teil der Verdichterluft strömt in Richtung der Pfeile 8 im Verdichter-Austrittsraum 3 und ein anderer Teil der Verdichterluft dient zur Kühlung der Brennkammer 6 und strömt in Richtung der Pfeile 9 durch den Kühl luftraum 7 zum Brenner-Eintrittsraum 4.

Zwischen dem Verdichter-Austrittsraum 3 und dem Brenner-Eintrittsraum 4 liegt ein Bypass 10 für die Verdichterluft. Die im Brenner-Eintrittsraum 4 in Richtung der Pfeile 11 strömende Luft tritt durch Lufteintrittsschlitze 12 als verdrallte Luft in Richtung der Pfeile 13 in die Brennkammer 6 ein.

Bei jedem Bypass 10 ist ein Steuerorgan 14 vorhanden, mit dem die Querschnitt fläche des Bypasses 10 verändert werden kann. Im gezeigten Beispiel ist das Steuerorgan 14 als Schieber gezeigt, der in Richtung eines Doppelpfeiles 15 mehr oder weniger die Querschnittfläche des Bypasses 10 öffnen oder verschliessen kann. In der einfachsten Weise könnte das Steuerorgan 14 in der Gasturbinen-Be triebsstellung mit einem von einer Bedienungsperson betätigbaren Regulier organ bewegungsverbunden sein. Das Steuerorgan 14 kann aber auch in einem Regelkreis liegen, der z. B. zum Regeln der akustischen Impedanz dient, damit die eingangs erwähnte Resonanz nicht eintritt. Das Steuerorgan 14 könnte aber auch abhängig von der Temperatur der Brennkammerwände betätigt werden, welche Temperatur durch einen Fühler 18 gemessen wird. In der schematischen Darstel lung ist das Steuerorgan 14 mit einem Stellmotor mit Signalempfänger 16 bewe gungsverbunden, der in der Gasturbinen-Betriebsstellung mit einem von einer Be dienungsperson betätigbaren Signalgeber 17 wirkungsverbunden ist. Im gezeig ten Beispiel ist der Bypass als Durchgang 10 in der Brennerhaube 5 ausgebildet. Dieser Durchgang 10 kann als Bohrung vorliegen, dessen Querschnittfläche vom Schieber z. B. stufenlos verändert werden kann. Wenn das Steuerorgan 14 in ei nem Regelkreis liegt, kann die jeweilige Stellung des Steuerorgans 14 bezüglich der Querschnittfläche des Durchgangs 10 selbsttätig geregelt werden, wobei die Störgrösse im Regelkreis z. B. die akustische Impedanz oder die Temperatur der Brennkammerwände oder der Brennkammerdruck-Abfall sein kann.

Eine Veränderung der Querschnittfläche des Bypasses 10 kann z. B. auch not wendig sein, wenn von einer Pilot-Verbrennung zu einer Premix-Verbrennung übergegangen wird. Der gezeigte Bypass ist an den Mantelflächen der Brenner haube 5 vorhanden; der Bypass könnte aber auch an einer Stirnwand der Bren nerhaube 5 vorhanden sein. Das Steuerorgan 14 kann anstelle der Ausbildung als Schieber aber auch eine andere Form haben. Weiterhin könnten auch mehrere Bypässe der Gasturbine gruppenweise oder einzeln gesteuert werden.

Das Brennkammerplenum 3, das Brennerplenum 4, die Brennerhaube 5, die Brennkammer 6 und der Kühlluftraum 7 sind Rotationskörper um eine nicht dar gestellte Gasturbinen-Längsachse, die in der Zeichnung unten horizontal verläuft. Über den Umfang der Brennkammer 6 verteilt ist eine Vielzahl von einzelnen Brennern 19 angeordnet. Über die radial innere und radial äussere Mantelfläche der Brennerhaube 5 ist ebenfalls eine Vielzahl von einzelnen Bypässen 10 mit Steuerorganen 14 und Signalempfängern 16 angeordnet, wobei z. B. ein Signal empfänger 16 für mehrere Steuerorgane 14 zuständig sein kann.

Bezugszeichenliste

1

,

2

Verdichter

3

Verdichter-Austrittsraum (Brennkammerplenum)

4

Brenner-Eintrittsraum (Brennerplenum)

5

Brennerhaube

6

Brennkammer

7

Kühlluftraum

8

Luftströmung im Verdichter-Austrittsraum

9

Luftströmung im Kühlluftraum

10

Bypass

11

Luftströmung im Brenner-Eintrittsraum

12

Lufteintrittsschlitze

13

Verdrallter Lufteintritt in die Brennkammer

14

Steuerorgan für Bypass

15

Bewegungsrichtung des Steuerorgans

16

Signalempfänger

17

Signalgeber

18

Temperaturfühler

19

Brenner

Claims

1. Gasturbine, mit einem Verdichter (1, 2), einem Verdichter-Austrittsraum (3), einem Brenner-Eintrittsraum (4), einer zwischen dem Verdichter-Austrittsraum (3) und dem Brenner-Eintrittsraum (4) liegenden Brennerhaube (5), einer Brennkam mer (6) sowie mit einem mit dem Brenner-Eintrittsraum (4) in Verbindung stehen den Kühlluftraum (7), wobei zwischen dem Verdichter-Austrittsraum (3) und dem Brenner-Eintrittsraum (4) ein Bypass (10) für Verdichterluft angeordnet ist, ge kennzeichnet durch ein Steuerorgan (14) am Bypass (10) zum Verändern seiner Querschnittfläche.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer organ (14) in der Gasturbinen-Betriebsstellung mit einem von einer Bedienungs person betätigbaren Regulierorgan (17) bewegungsverbunden ist.

3. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer organ (14) mit einem Stellmotor mit Signalempfänger (16) bewegungsverbunden ist, welcher Signalempfänger (16) in der Gasturbinen-Betriebsstellung mit einem von einer Bedienungsperson betätigbaren Signalgeber (17) wirkungsverbunden ist.

4. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer organ (14) mit einem Temperaturfühler (18) zum Messen der Temperatur der Brennkammerwände in Verbindung steht.

5. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (10) als Durchgang in der Brennerhaube (5) ausgebildet ist.

6. Gasturbine nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang des Bypasses (10) als Bohrung und das Steuerorgan (14) als Schie ber zum Verändern der Querschnittfläche der Bohrung ausgebildet ist.

7. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine stufenlose Veränderung der Querschnittfläche des Bypasses (10).