DE2322168A1 - Regeleinrichtung fuer die brennstoffzufuehrung an gasturbinen - Google Patents

Description

3 O. APR. 1973

WESi'IHü-üOUSE 8520 Erlangen,

Electric Corporation Werner-von-Siemens-Str.50

East Pittsburgh PA. DSA

Unser Zeichen: PA 72/8931 Mes/i'l

Regeleinrichtung für die Brennstoffzuführung an Gasturbinen

(Es wird die Priorität der Voranmeldung in den USA, Serial Λο. 250 707 vom 5.5.1972 in Anspruch genommen)

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für die Brennstoffzuführung an G-asturbinen, die mit verschiedenen Brennstoffen betrieben werden. Derartige Gasturbinen, deren Brennkammern zur Verbrennung von mehr als einer Brennstoffart ausgelegt sind, haben im allgemeinen ein redundantes Regelsystem für Jede Brennstoffsorte. Die Brennstoffregelung umfaßt dabei bei herkömmlichen Regeleinrichtungen im allgemeinen ein Schnellschlußventil, das bei einer I'urbinenüberärehzahl anspricht, ein Regelventil, das die Menge des der Turbine zugeführten Brennstoffes einreguliert und ein von der Schaltwarte angesteuertes Umschaltventil zur Auswahl der zu verbrennenden Brennstoffart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Regeleinrichtung zu vereinfachen und dabei insbesondere bei Überdrehzahl betriebssicherer zu gestalten.

Die Regeleinrichtung nach der Erfindung besteht dabei darin, daß für jede Brennstoffart eine gesonderte, mit einem Absperr- und einem Regelventil versehene Zuleitung vorgesehen ist und daß allen Absperrventilen ein einziges_>in Abhängigkeit von einem Überdrehzahlschutz arbeitendes Steuerventil übergeordnet ist, das bei einer Überdrehzahl ein Schließen aller Absperrventile auslöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

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Anhand einer schematischen Zeichnung sind der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Seillängsschnitt einer Gasturbine 1 mit einem Kompressorteil 3 und einem l'urbinenteil 5 gezeigt, die auf einer gemeinsamen Welle 7 sitzen. Die Brennkammern 9, von denen nur eine einzige dargestellt ist, sind auf einem Kreis um den Kompre3sorteil 3 und die Welle 7 angeordnet. Dabei umgibt eine Verbrennungsluftkammer 11 die Brennkammern 9 und wird über einen Diffuser 13 von der aus dem Kompressor 3 abströmenden Verbrennungsluft beaufschlagt, flüssige oder gasförmige Brennstoffe werden dabei den Brennerdüsen 15 an einem Ende der Brennkammer 9 zugeführt. In dieser Brennkammer 9 mischen sich die Brennstoffe.mit der komprimierten Luft aus dem Raum 11, wobei die heißen Brenngase dann in den iCurbinenteil 5 abströmen.

Ein xeil der kotationsenergie wird ausgenutzt, um eine Überdrehzahlölpumpe 17 anzutreiben. Dieser Überdrehzahlschutz weist dabei mehrere radial angeordnete Ventilkegel 18 a.uf, die gegen die Spannkraft von federn 19 öffnen, wenn die Drehzahl der iurbine einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dadurch wird einer Druckflüssigkeit, xvie beispielsweise Schmieröl, der Ausfluß zu einem Druckreduziersystem in einer Leitung 21 freigegeben, die über einen entsprechenden Anschluß angeschlossen ist.

Das Brennstoffregelsystem, das scheraatisch dargestellt ist, enthält zunächst die Brennstoffdüsen 15, denen gasförmige Brennstoffe über eine Leitung 23 und flüssige Brennstoffe, beispielsweise Öl, über eine Leitung 25 zugeführt werden. In diesen Leitungen 23 und 25 sind pneumatische Absperrventile 27 und 29 sowie Kegelventile 31 und 33 angeordnet, durch die die durchströmende brennstoffmenge geregelt werden kann.

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Diese Regelventile 31 und 33 werden von einem übergeordneten Regler 26 in Abhängigkeit von der Drehzahl der turbine geregelt» um aonjit die Brennstoffzufuhr und die Drehzahl der Turbine auf einem vorgegebenen Wert zu halten.

Die Leitungen 23 und 25 können dabei über die Zweigleitungen 35 und 37 entlüftet und entleert werden, wobei diese Zweigleitungen in Strömungsrichtung hinter den Absperrventilen und 29 und vor den Regelventilen 31 und 33 abzweigen. Jede Leitung 35 und 37 ist von einem Magnetventil 39 bzw. 41 steuerbar, wodurch bei öffnen dieser Ventile eine Nachförderung von Brennstoff in die Brennkammer 9 bei einem Schnellschluß verhindert und ein Rückschlägen heißer Gase in die Brennstoffleitungen unterbunden werden kann.

Die Magnetventile 39 und 41 werden normalerweise von eimer Schaltwarte 43 angesteuert, die entsprechend ihrer Aufgabe eiee Mehrzahl von Schalter», Relais und Anzeigegeräten enthält uad über die auch die Absperrventile 27 und 29 wieder geöffnet werden können.

Wie in dem Schaltbild gezeigt ist, werden die Absperrventile 27 und 29 im allgemeinen pneumatisch mit Preßluft über die Druckleitung 45 und die Zweigleitungen 47 und 49 betätigt. In die Druckleitung 45 ist dabei ein hydraulisch arbeitendes Ventil 51 eingeschaltet, das die Aufgabe hat, die Druckluftzufuhr zu den Zweigleitungen 47 und 49 abzusperren und gleichzeitig die Druckluft in die Atmosphäre abzulassen. Die Hydraulikflüssigkeit zum Ansteuern des Ventils 51 wird jdabei durch die Pumpe 17 über die Leitung 21 zugeführt, wenn die Turbine eine vorgegebene Überdrehzahl erreicht hat; der Druck dieser Hydraulikflüssigkeit wird über eine Abflußleitung 53 abgebaut, wodurch das Ventil 51 schließt und die Druckluftzufuhr zu den Zweigleitungen 47 und 49 absperrt.

Diese Abflußleitung 53 zweigt von der Leitung 21 ab und weist

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ein Magnetventil 55 auf. Dieses Magnetventil 55 öffnet die Abzugsleitung 53» um den Druck in der Leitung 21 zu reduzieren. Oberhalb der Abflußleitung 53 ist in der Leitung 21 eine Drossel 56 eingebaut, um das Magnetventil 55 zu unterstützen, wenn das Ventil 51 plötzlich schließen soll. Das Magnetventil 55 wird von der Schaltwarte 43 angesteuert, um somit auch einen Handeingriff zu ermöglichen.

Die Zweigleitungen 47 und. 49 weisen jeweils ein Magnetventil 57 und 59 auf, die gleichzeitig durch ein handgesteuertes Signal von der Schaltwarte 43 angesteuert werden können, um somit die Druckluft in diesen Zweigen abzusperren und die Absperrventile 27 und 29 zu schließen.

Die Arbeitsweise des Systems ist nun die Folgende:

Die Turbineneinheit 1 wird auf Ztinddrehzahl, das sind ungefähr 25 $> der Normaldrehzahl, durch eine nicht dargestellte Hilfsmaschine gebracht. Die Pumpe 17 entwickelt dann einen ausreichenden Druck, so daß das Magnetventil 53 und das hydraulisch betriebene Ventil 51 öffnet und eine Verbindung zu den Zweigleitungen 47 und 49 herstellt, so daß diese mit Druckluft versorgt werden können. Abhängig von der Stellung des Brennstoffauswahlschalters, der sich in der Schaltwarte 43 befindet, wird entweder der gasförmige oder der flüssige Brennstoff ausgewählt und die entsprechenden Magnetventile 57 oder 59 zum Absperren der Entlüftungsleitung veranlaßt, so daß dann die Absperrventile 27 oder 29 mit Druckluft versorgt werden können. Die zugehörigen Entlüftungsleitungen 35 oder 37 werden ebenfalls geschlossen, indem die zugehörigen Ventile 47 oder 49 angesteuert werden, so daß der ausgewählte Brennstoff durch die Leitung 23 oder 25 in die Brenndiise 15 und die Brennkammer 9 strömen kann, wo eine Zündung und Verbrennung erfolgt. Die Brennstoffmenge wird durch die Regelventile 31 und 33 reguliert, wenn die Turbine auf Wenndrehzahl und Nennleistung kommt. Wenn während des

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Betriebes sich eine Überdrehzahl der Turbine aufgrund eines plötzlichen Lastverlustes einstellt, wird durch öffnen der Ventilkegel 18 in der ölpumpe 17 öl in die Leitung 21 gepreßt, so daß das hydraulisch arbeitende Ventil 51 die Druckluftzufuhr zu den Zweigen 47 und 49 absperrt und eine Entlüftung der Leitungen bewirkt, so daß das offene Absperrventil 27 oder 29 schließt und die Brennstoffzufuhr zur Turbine abgesperrt wird.

Das beschriebene Regelsystem integriert die Regelung der gasförmigen oder flüssigen Brennstoffe in ein kompaktes System, das wirtschaftlich hergestellt werden kann und redundante Funktionen der unterschiedlichen Brennstoffsysteme kombiniert. Dadurch wird die Anzahl der Komponenten in dem System vermindert, ohne daß die Zuverlässigkeit oder die Variationsfähigkeit des Systems darunter leidet.

1 Fig.

3 Ansprüche

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Claims (3)

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   - 6 Patentansprüche

   Regeleinrichtung für die Brennstoffzuführung an Gasturbinen, die mit verschiedenen Brennstoffen betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Brennstoffart eine gesonderte, mit einem Absperr- (27, 29) und einem Regelventil (31, 33) versehene Zuleitung (23, 25) vorgesehen ist und daß allen Absperrventilen (27, 29) ein einziges, in Abhängigkeit von einem Überdrehzahlschutz (17) arbeitendes Steuerventil (51) übergeordnet ist, das bei einer Überdrehzahl ein Schließen aller Absperrventile (27, 29) auslöst.
2. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile (27, 29) und das Steuerventil (51) durch unterschiedliche Druckmittel angesteuert sind.
3. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Drucköl angesteuerte Steuerventil (51) bei Druckerhöhung durch Überdrehzahl die Druckluftzuleitungen (45; 47, 49) zu den Absperrventilen (27, 29) in den BrennstoffZuleitungen (23, 25) schließt und damit die Brennstoffzufuhr unterbricht.

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