DE2259580A1 - Verfahren zum abstellen einer thermischen turbomaschine und turbomaschine zur ausfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum abstellen einer thermischen turbomaschine und turbomaschine zur ausfuehrung des verfahrens

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DE2259580A1 DE19722259580 DE2259580A DE2259580A1 DE 2259580 A1 DE2259580 A1 DE 2259580A1 DE 19722259580 DE19722259580 DE 19722259580 DE 2259580 A DE2259580 A DE 2259580A DE 2259580 A1 DE2259580 A1 DE 2259580A1
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/34Turning or inching gear
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants

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Description

  • Verfahren zum Abstellen einer thermischen Turbomaschine und Turbomaschine zur Ausführung des Verfahrens.
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abstellen einer thermischen Turbomaschine und auf eine Turbomaschine zur Ausführung des Verfahrens.
  • Während des Abstellens thermischer Turbomaschinen wie Gasturbinen oder Verdichter können Krümmungen des Rotors und auch des Stators entstehen, wenn beim Abkühlen der Temperaturzustand sich nicht-symmetrisch zur Rotorachse verändert. Die durch die Temperaturunterschiede entstehenden Spannungen wirken dann einseitig und verursachen so Biegungen, die längere Zeit bis zum vollständigen Temperaturausgleich bestehen bleiben und ein ungefährdetes Wiederanfahren der Maschinen auf Stunden hinaus verzögern. Man begegnete solcher unsymmetrisch verlaufender AbkÜhlung bisher dadurch, dass die Rotoren während des Abkühlens mittels eines Hilfsmotöres ständig in Drehung gehalten wurden. Die Hilfsmotoren mussten aber mittels mechanischer Kupplungen zu- und abgeschaltet werden, so dass zusammengenommen ein aufwendiges und auch störanfälliges Hilfsaggregat entstanden ist.
  • Die Erfindung schlägt eine Lösung vor, bei der die zu kühlende Maschine selbst zum Drehen ihres Rotors verwendet wird. Sie besteht darin, dass man nach Einleitung des Abstelivorganges die Turbomaschine bis zum Abfall der Drehzahl in den Bereich einer geeigneten Kühllaufdrehzahl unter Ausnützung der dem Rotor noch innewohnenden kinetischen Energie auslaufen lässt und zur Aufrechterhaltung dieser Drehzahl und gleichzeitigen Weiterkühlung durch ein Hilfsgebläse Luft oder ein anderes Gas unter Druck durch den Strömungsweg der Turbomaschine führt.
  • Zum Abstellen einer mindestens einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Gasturbine aufweisenden'Turbomaschinengruppe kann man die Turbomaschinen nach Unterbrechung der Befeuerung der Brennkammer bis zum Abfall der Drehzahl in den Bereich einer geeigneten Kühllaufdrehzahl auslaufen lassen und dann zur Aufrechterhaltung dieser Drehzahl und gleichzeitigen Weiterkühlung Luft oder ein anderes Gas unter Druck vor dem Verdichter der Maschinengruppe zuführen.
  • Die zugeführte Druckluft trifft dann auf die konvexe Fläche der Verdichterschaufeln oder auf die konkave Fläche der Turbinenschaufeln auf. Trotz der ungünstigen Anströmverhältnisse auf die Verdichterschaufeln übt die einströmende Luft doch ein genügendes Drehmoment auf den Turborotor aus, um die Rotoren beider Maschinen ständig auf genügender Drehzahl zu halten. Für Turbinenschaufeln sind die Anströmverhältnisse günstiger, weil die Druckluft hier die konkave Fläche bestreicht. Hierdurch kann bei Gasturbinenanlagen der Nachteil gemildert werden, der darin besteht, dass das Volumen und somit auch die Strömungsgeschwindigkeit der durch den Verdichter strömenden Druckluft (wegen nicht mehr stattfindender Erhitzung in der Brennkammer) für die Strömungsquerschnitte der Turbine zu klein sind,- um mit einem günstigen Wirkungsgrad ihre Strömungsenergie an den Rotorschaufeln in Antriebsenergie umzusetzen.
  • Eine zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Turbomaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Zufuhrleitung zur -Turbomaschine ein Abschlussorgan angeordnet und hinter dem Abschlussorgan und vor der Turbomaschine ein Hilfsgebläse zur Zuführung von Luft oder einem anderen Gas an die Zufuhrleitung angeschlossen ist.
  • Die Zufuhrleitung des Hilfsgebläses kann vor dem Abschlussorgan von der Zufuhrleitung zur Turbomaschine abgezweigt sein.
  • Bei einer, mindestens einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Gasturbine aufweisenden Turbomaschinengruppe kann in der Zufuhrleitung zum Verdichter ein Abschlussorgan angeordnet und zwischen dem Abschlussorgan und dem Verdichter ein Gebläse zur Zuführung von Luft oder einem anderen Gas an die Zufuhrleitung des Verdichters angeschlossen sein.
  • Es hat sich in überraschender Weise gezeigte dass zur Erzeugung der Druckluft bzw. des Druckgases zur Aufrechterhaltung der Kühllaufdrehzahl übliche Gebläse verwendet werden können, deren Leistung im Bereich von 0,5 - 1,0 %o der Vollast der zu kühlenden Turbomaschine liegt. Zum Antrieb des Gebläses genügen Elektromotoren einfachster.
  • Art, selbst wenn sie nicht höchste Wirkungsgrade aufweisen, weil sie verhältnismässig kurze Zeit und mit relativ geringer Leistung in Betrieb sein müssen.
  • Das in der Zufuhrleitung zur Turbomaschine angeordnete Abschlussorgan kann in Form einer aus mehreren Klappen bestehenden Jalousie ausgebildet sein.
  • Zwei zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete thermische Turbomaschinen sind auf der Zeichnung vereinfacht dargestellt.
  • Fig. 1 veranschaulicht das erste Ausführungsbeispiel mit nur einer Turbomaschine, Fig. 2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel eine Turbomaschinengruppe mit zwei hintereinander geschalteten Turbomaschinen, Fig. 3 die Ansicht des Hilfsgebläses in Richtung des Pfeiles III der Fig. 2, Fig. 4 einen Querschnitt in Betriebsstellung nach der Linie IV - IV der Fig. 3 und Fig. 5 einen Querschnitt in Kühlstellung nach Linie V - V der Fig. 3 Die Turbomaschine 1 (Fig. 1) ist als Verdichter ausgebildet, dem Luft oder ein anderes Gas durch die Leitung 2 zugeführt wird. Das verdichtete Gas strömt durch die Leitung 3 an eine nicht gezeichnete Verbrauchsstelle.
  • Angetrieben wird der Verdichter durch eine ebenso nicht dargestellte Kraftmaschine~, die mit dem Wellenende 4 gekuppelt ist.
  • Zum Abstellen der Turbomaschine 1 wird die Energiezufuhr vom Antriebsmotor zur Welle 4 unterbrochen. Alsdann kann der Rotor 5 bis zum Absi:iiien der Drehzahl in den Bereich einer geeigneten Kühllaufdrehzahl unter Aufwendung der ihm noch inne wohnenden kinetischen Energie weiterlaufen.
  • Zur Aufrechterhaltung dieser Kühllaufdrehzahl wird alsdann mittels eines Hilfsgebläses 6 aus der Leitung 2 Luft oder Gas dem Verdichter 1 zugeführt. Hierdurch wird der Verdichter 1 bis zur genügenden Absenkung der Temperatur weiter äuf Kühllaufdrehzahl gehalten, wobei die Kühlung durch das durchströmende, zur Aufrechterhaltung der Külillaufdrehzahl dienende Treibmittel noch beschleunigt wird.
  • Das Gebläse 6 wird durch einen Elektromotor 7 angetrieben. - Dabei wird aus der Leitung 2 durch die Leitung 8 Gas angesaugt und durch die Leitung 9 zum Verdichter 1 geleitet. Zur Verhütung einer Kurzschlussströmung ist im Kanal 2 zwischen dem Anschluss der Leitungen 8 und 9 ein jalousieähnlich ausgebildetes Abschlussorgan 10 angeordnet, welches bei Kühllauf in der strichpunktierten Stellung steht. Sofern ein einzelnes Gebläse nicht ausreichen sollte, kann ein zweites Gebläse 6' mit Antriebsmotor 7' dem ersten vor-oder nachgeschaltet werden.
  • Die Antriebsleistung für das Hilfsgebläse beträgt etwa 0,5 - 1,0o der Nutzleistung im Vollastbetrieb des Verdichters und der zur Aufrechterhaltung der Kühllaufdrehzahl notwendige Ueberdruck ungefähr 0,01 - 0,04 At. Die vom Gebläse geförderte Luft ermöglicht eine schonende Abkühlung des Läufers. Durch die Verwirbelung des Kühlmittels wird auch der Stator ebenso schonend und einigermassen gleichmässig gekiihlt. Bei der Wahl einer geeigneten Kühllaufdrehzahl ist es so möglich, schon zu-jeder Zeit während des Abkühlens die Maschine erneut wieder in Betrieb setzen zu können, ohne dabei Schäden durch Streifen der Schaufelungen befürchten zu müssen.
  • Die Turbomaschinengruppe nach Fig. 2 - 5 besteht im wesentlichen aus einem Verdicijter 11, einer Brennkammer 12 und einer Gasturbine 13. Die Betriebsluft strömt der Anlage aus einem Kanal 14 zu, wird vom Verdichter auf den Verbrennungsdruck und in der Brennkammer 12 auf die notwendige Temperatur gebracht. Unter Leistungsabgabe entspannt sich das entstandene Treibgas in der Gasturbine 13. Ein Teil der hierbei erzeugten Leistung wird dem Verdichter 11 zugeleitet. Der verbleibende Teil dient als Nutzleistung und wird durch die Kupplung 15 an nicht gezeigte weitere Maschinen weitergeleitet.
  • Zur Ausserbetriebsetzung der Anlage nach Fig. 2 lässt man nach Unterbrechung der Befeuerung der Brennkammer 12¢die Rotoren der Turbomaschinen il und 13 und der von ihnen angetriebenen Maschine unter Ausnützung der ihnen noch innewohnenden kinetischen Energie bis zum Abfall der Drehzahl in den Bereich einer geeigneten Kühllaufdrehzahl weiter laufen. Alsdann wird zur Aufrechterhaltung dieser Kühllaufdrehahl mittels des Hilfsgebläses 16 Luft unter Druck durch den Strömungsweg 17, 18, 19 des Treibmittels geführt. Hierdurch wird die Maschinengruppe bis zur genügenden Absenkung ihrer Temperatur weiter auf der Kühllaufdrehzahl gehalten. Dabei wird die Kühlung durch die durchströmende Treibluft beschleunigt und vergleichmässigt.
  • Die beiden Stufen 20 und 21 des Hilfsgebläses 16 (Fig. 2 und 3) besitzen je ein axial beschaufeltes Laufrad, die je von einem Elektromotor 22 bzw. 23 angetrieben sind.
  • Die ZvCuhrleitung 24 erhält aus der Leitung 14 Luft zugeführt. Die von den Gebläsen geförderte Luft gelangt durch die Leitung 25 in den auf den Kanal 14 nachfolgenden Kanal 17. Zur Verhütung einer Kurzschlussströmung ist zwischen den Anschlüssen der Leitungen 14 und 17 ein jalousieähnliches Abschlussorgan 26 (Fig.4 und 5) angeordnet. Dieses Abschlussorgari besteht aus vicr jalousi eartig angeordneten Klappen 27, die mittels der Hebel 28 und eines Gestänges 29 entweder in die offene Stellung von Fig. 1 oder in die geschlossene Stellung von Fig. 5 geschwenkt werden können.
  • Während des Antriebs der Turboschinen 11 und 13 durch Druckluft stehen die Klappen in der Stellung der Fig. 5 und bei normalem Nutzbetrieb in der Stellung der Fig. 4. Bei der Kühlung werden die Läufer der Turbomaschinen - insbesondere der im Nutzbetrieb hoch erhitzte Läufer der Gasturbine - svmmetrisch gekühlt, so dass keine Temperaturdifferenz über einen Querschnitt entstehen kann und der Läufer in seiner Längsachse nicht verbogen wird. Wählt man die Kühllaufdrehzahlen genügend hoch, so werden auch die Statoren der Turbomaschinen über einen Querschnitt genügend gleichmässig gekühlt, wodurch auch sie vor störenden Verbiegungen verschont werden. Schliesslich wird gleichzeitig auch die Brennkammer so gekühlt, däss nicht etwa gespeicherte Wärme nachträglich besonders in der Turbine erneut wieder Verbiegungen verursachen könnte, Anstatt Luft kann auch ein sauerstoffarmes Gas, z.B. ein Abgas aus fremder Quelle oder sonst ein inertes Gas verwendet werden.

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    ö Verfahren zum Abstellen einer thermischen Turbomaschine, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass man nach Einleitung des Äbstellvorganges die Turbomaschine bis zum Abfall der Drehzahl in den Bereich einer geeigneten Kühllaufdrehzahl unter Ausnützung der dem Rotor (5;11, 13) noch innewohnenden kinetischen Energie auslaufen lässt und zur Aufrechterhaltung dieser Drehzahl und gleichzeitigen Weiterkühlung durch ein Hilfsgebläse (6,16) Luft oder ein anderes Gas unter Druck durch den Strömungsweg der Turbomaschine führt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, zum Abstellen einer mindestens einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Gasturbine aufweisenden Turbomaschinengruppe, dadurch gekennzeichnet, dass man die Turbomaschinen (11,13) nach Unterbrechung der Befeuerung der Brennkammer (12) bis zum Abfall der Drehzahl in den Bereich einer geeigneten Kühllaufdrehzahl auslaufen lässt und zur Aufrechterhaltung dieser Drehzahl und gleichzeitigen Weiterkühlung Luft oder ein anderes Gas unter Druck vor dem Verdichter (11) der Maschinengruppe zuführt.
  3. 3. Turbomaschine zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zufuhrleitung (2;14,17) zur Turbomaschine (1;11,13) ein Abschlussorgan (10;27) angeordnet und hinter dem Abschlussorgan und vor der Turbornaschine ein Hilfsgebläse (6,6';22,23) zur Zuführung von Luft oder einem anderen Gas an die Zufuhrleitung angeschlosserl ist.
  4. 4. Turbomaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, ds die Zufuhrleitung (8;24) des Hilfsgebläses (6,6';22,23) vor dem Abschlussorgan (10;27) an die Zufuhrleitung (2;14) zur Turbomaschine (1,11,13) angeschlossen ist.
  5. 5. Turbomaschinengruppe nach Anspruch 3, mindestens mit einem Verdichter einer Brennkammer und einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zufuhrleitung (14,17) zum Verdichter (11) ein Abschlussorgan (27) angeordnet und zwischen dem Abschlussorgan und dem Verdichter ein Gebläse (16) zur Zuführung von Luft oder einem anderen Gas an die Zufuhrleitung des Verdichters angeschlossen ist.
DE19722259580 1972-11-17 1972-12-06 Verfahren und Einrichtung zum Abkühlen während des Absteilens einer Turbomaschinenanlage Expired DE2259580C3 (de)

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DE2259580A1 true DE2259580A1 (de) 1974-06-06
DE2259580B2 DE2259580B2 (de) 1979-12-20
DE2259580C3 DE2259580C3 (de) 1980-08-21

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JP (1) JPS5216884B2 (de)
CH (1) CH558471A (de)
DE (1) DE2259580C3 (de)
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