DE2355789C3

DE2355789C3 - Method for operating a gas turbine system that can be used to compress air or generate energy

Info

Publication number: DE2355789C3
Application number: DE2355789A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 6806 Viernheim Hoffeins
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1973-11-08
Filing date: 1973-11-08
Publication date: 1982-03-11
Also published as: SE396795B; JPS5078907A; FR2250897A1; DE2355789B2; FR2250897B1; SE7413874L; CA1014358A; DE2355789A1

Description

3. Verfallen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umstellen der Verdichteranlage (4, 6) die von ihr angesaugte Luftmenge mittels einer Saugdrossel{12) und/oder verstellbarer Leit- und/oder Laufschaufeln reduziert wird.3. Expire according to claim 1 or 2, characterized characterized in that to switch the compressor system (4, 6) the amount of air sucked in by it by means of a suction throttle {12) and / or adjustable Guide and / or rotor blades is reduced.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.

Bei einer bekannten Gasturbinenanlage ist zwischen Gasturbine und Synchronmaschine einerseits und zwischen Synchronmaschine und Verdichteranlage andererseits jeweils eine lösbare Kupplung angeordnet (DE-OS 22 05365). Diese Anordnung gestattet es, so Gasturbine und Verdichter wechselweise zu betreiben, wie es z. B. für Luftspeichergasturbinenanlagen erforderlich ist, wobei das jeweils nicht benutzte Aggregat von der Synchronmaschine abgekuppelt werden kann, jedoch ist es auch möglich, bei gleichzeitiger Kupplung von Gasturbine und Verdichteranlage an die Synchronmaschine die gesamte Gruppe als Gasturbinenanlage ohne Speicher zu fahren.In a known gas turbine system, on the one hand and between the gas turbine and the synchronous machine between the synchronous machine and the compressor system, on the other hand, a releasable coupling is arranged in each case (DE-OS 22 05365). This arrangement makes it possible to operate the gas turbine and compressor alternately, how it z. B. is required for air storage gas turbine systems, the unit not used in each case can be uncoupled from the synchronous machine, but it is also possible with simultaneous coupling from the gas turbine and compressor system to the synchronous machine, the entire group as a gas turbine system to drive without memory.

Das Umschalten der Anlage von einer auf die andere Betriebsweise erfordert je nach Bauart der lösbaren eo Kupplungen eine gewisse Zeit. Dies ist insbesondere dann für den Übergang von Verdichterbetrieb auf Gasturbinenbetrieb bei Luftspeichergasturbinenanlagen ungünstig, wenn während des Verdichterbetriebs plötzlich unerwartet elektrische Energie, z. B. zur « Spitzenlastdeckung, benötigt wird. Diese Zeitspanne für das Umschalten läßt sich auch dann nicht vermeiden, wenn beide Kupplungen als Überholkupplungen ausgeführt sind, da die Verdichteranlage nur bei reduziertem Drehmoment bzw, reduzierter Drehzahl von der Synchronmaschine getrennt werden kann.Switching the system from one to the other mode of operation requires, depending on the type of construction, the detachable eo Clutches a certain time. This is particularly important for the transition from compressor operation to Gas turbine operation in air storage gas turbine systems unfavorable if during compressor operation suddenly unexpected electrical energy, e.g. B. for «peak load coverage, is required. This length of time for switching over cannot be avoided even if both clutches are designed as overrunning clutches, since the compressor system only operates at reduced Torque or reduced speed can be separated from the synchronous machine.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage 50 auszugestalten, daß ein Umschalten der Anlage vom Verdichterbetrieb auf Gasturbinenbetrieb in einem Bruchteil der bisher erforderlichen Zeit möglich istThe invention is therefore based on the object that To design the aforementioned method for operating a gas turbine system 50 that the system can be switched from compressor operation to gas turbine operation in a fraction of the time previously required is possible

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfinoungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale erreicht Da die Gasturbine während des Verdichterbetriebes auf Synchrondrehzahl hochgefahren und an die Synchronmaschine gekuppelt wird, ist praktisch ein schneller stufenloser Übergang von Verdichterbetrieb auf Gasturbinenbetrieb gegeben. Um den Leistungsbedarf der weiterhin mitlaufenden Verdichteranlage zu reduzieren und somit einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen, wird diese auf einen Betriebszustand mit kleiner Leistungsaufnahme umgestellt Eine Abkupplung der Verdichteranlage kann dann gegebenenfalls zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.The solution to this problem is according to the invention achieved by the features contained in the characterizing part of claim 1 Since the gas turbine When the compressor is running up to synchronous speed and coupled to the synchronous machine, it is practically faster Stepless transition from compressor operation to gas turbine operation given. To meet the power requirements of the to continue to reduce the concurrent compressor system and thus to enable economical operation, this is reduced to an operating state with smaller Power consumption changed A decoupling of the compressor system can then, if necessary, become a later.

Sind bei einer Verdichteranlage Ausblaseventile vorgesehen, so besteht eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens darin, daß das Umstellen der Verdichteranlage durch Öffnen mindestens eines Ausblaseventils erfolgt Eine andere bewährte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zum Umstellen der Verdichteranlage die von ihr angesaugte Luftmenge mittels einer Saugdrossel und/oder verstellbarer Leit- und/oder Laufschaufeln reduziert wird.If blow-out valves are provided in a compressor system, there is a preferred further development of the method in that the conversion of the compressor system by opening at least one blow-off valve Another proven embodiment of the method according to the invention is that for By changing the compressor system, the amount of air sucked in by it is reduced by means of a suction throttle and / or adjustable guide and / or rotor blades.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert, die eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Gasturbinenanlage schematisch zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment and the drawing, which schematically shows a gas turbine system suitable for carrying out the method according to the invention

Mit 1 ist die Gasturbine bezeichnet, die über eine Überholkupplung 2 mit der Synchronmaschine 3 automatisch gekuppelt werden kann, wenn die Gasturbine die Synchronmaschine 3 überholen will. Rechts von der Sychronmaschine 3 ist in der Zeichnung die Verdichteranlage dargestellt, die aus dem Niederdruckverdichter 4 und dem Hochdruckverdichter 6 besteht Mit 5 ist ein Übersetzungsgetriebe zwischen dem Niederdruck' und dem Hochdruckverdichter und mit 7 ein Zwischenkühler bezeichnet, durch den das aus dem Niederdruckverdichter austretende Strömungsmedium geleitet wird, bevor es in den Hochdruckverdichter eintritt Die vom Niederdruckverdichter zum Hochdruckverdichter führende Leitung ist mit 13 bezeichnet, während bei 9 und 10 Ausblaseventile angedeutet sind.With 1 the gas turbine is referred to, which has a Overrunning clutch 2 can be automatically coupled to the synchronous machine 3 when the gas turbine wants to overtake the synchronous machine 3. Right of the synchronous machine 3, the compressor system is shown in the drawing, which consists of the low-pressure compressor 4 and the high-pressure compressor 6 With 5 is a transmission between the low pressure 'and the high pressure compressor and with 7 denotes an intercooler through which the flow medium emerging from the low-pressure compressor before it enters the high pressure compressor The line leading from the low pressure compressor to the high pressure compressor is denoted by 13, while at 9 and 10 blowout valves are indicated.

Zwischen Verdichteranlage 4,6 und Synchronmaschine 3 ist ebenfalls eine ausrückbare Kupplung 8 angeordnet. Da jedoch bei Antrieb der Synchronmaschine durch die Gasturbine die Kupplung 8 normalerweise geöffnet bleiben soll, ist keine einfache Oberholkupplung verwendbar und es sind zusätzlich Einrichtungen nötig. Alle diese Einrichtungen erfordern, daß beim Lösen der Kupplung 8 das Antriebsmoment der Verdichtergruppe und damit deren Drehzahl reduziert werden muß.There is also a disengageable clutch 8 between the compressor system 4, 6 and the synchronous machine 3 arranged. However, since the clutch 8 should normally remain open when the synchronous machine is driven by the gas turbine, a simple overhaul clutch cannot be used and additional devices are required. All of these facilities require that when Loosening the clutch 8 reduces the drive torque of the compressor group and thus its speed must become.

Wird nun während des Verdichterbetriebes plötzlich die Abgabe von elektrischer Energie gefordert (d. h. die Umstellung auf Gasturbinenbetrieb), so müßte bei einer Anlage nach dem Stand der Technik zunächst die Synchronmaschine vom Netz getrennt werden und die Verdichteranlage zumindest wesentlich niedrigereIf the delivery of electrical energy is suddenly requested during compressor operation (i.e. the Conversion to gas turbine operation), in a system according to the state of the art, the Synchronous machine are disconnected from the network and the compressor system at least much lower

Drehzahlen erreichen. Auch wenn die Verdichteranlage gebremst würde, wäre dazu einige Zeit erforderlich. Erst nach Lösen der Kupplung 8 könnte dann die Gasturbine mit der Synchronmaschine hochgefahren und diese wieder synchronisiert und belastet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Gasturbine bei Bedarf an elektrischer Energie auch während des Verdichterbetriebes sofort gestartet und bei Erreichen der Drehzahl der Synchronmaschine über die Oberholkupplung 2 automatisch zugeschaltet werden. Ein erneutes Synchronisieren entfällt Damit die Leistungsaufnahme der weiterhin an die Synchronmaschine gekuppelten Verdichteranlage 4,6 dabei nicht zu groß wird, werden die Ausblaseventile 9 und 10 geöffnet Dies bewirkt vor allem eine Reaktion der Leistungsaufnahme des Hochdruckverdichter!; 6, da dieser im Ausblasebetrieb mit abgesenktem Eintritlsdruck und damit reduziertem Massendurchsatz arbeitet Eine weitere Reduktion der Leistungsaufnahme ist durch verstellbareReach speeds. Even if the compressor system would be braked, this would require some time. Only after releasing the clutch 8 could the gas turbine started up with the synchronous machine and this is synchronized and loaded again. In which The method according to the invention, the gas turbine, if electrical energy is required, also during the Compressor operation started immediately and when the speed of the synchronous machine is reached via the overrunning clutch 2 can be switched on automatically. There is no need to synchronize again. This eliminates the power consumption the compressor system 4, 6, which is still coupled to the synchronous machine, is not too large is, the blow-off valves 9 and 10 are opened. This mainly causes a reaction of the power consumption of the high pressure compressor !; 6, since this in the blow-out operation with reduced inlet pressure and thus reduced mass throughput works A further reduction in power consumption is through adjustable

Leitschaufeln 11 vor aj'em des Niederdruckverdichters 4 und/oder eine Saugdrosselklappe 12 möglich.Guide vanes 11 in front of aj'em of the low-pressure compressor 4 and / or a suction throttle valve 12 possible.

Auch wenn trotz dieser Maßnahmen die Verdichteranlage einen Teil von 10 bis 20% der Gasturbinenleistung benötigt, kann im Notfall ein schnelles Umschalten, d, h, die schnelle Bereitstellung elektrischer Energie, wesentlich wichtiger sein, als die volle Leistungsabgabe, die (nach dem üblichen Verfahren) erst nach erheblich längerer Zeit möglich wäre.Even if, despite these measures, the compressor system requires a part of 10 to 20% of the gas turbine power, in an emergency a quick switchover, that is, the rapid provision of electrical energy can be much more important than the full power output, which (according to the usual procedure) would only be possible after a considerably longer period of time.

Nimmt man schließlich für einen Wechsel der Betriebsart mit Abkupplung der Verdichteranlage einen größeren Zeitaufwand in Kauf und zieht man für alle jene Fälle, in denen es auf einen schnellen Wechsel der Betriebsart ankommt, stets die erfindungsgemäße Fahrweise, die auch als Notbetrieb bezeichnet werden könnte, vor, dann kann die Kupplung 8 als einfache Schaltkupplung, z. B. als ein- und ausrückbare Zahnkupplung ausgeführt werden, wodurch gegenüber einer Überholkupplung eine Kostenersparnis möglich ist.Finally, if you want to change the operating mode with uncoupling of the compressor system, one is used It takes more time to buy and is preferred for all those cases in which there is a need for a quick change of the Operating mode arrives, always the driving style according to the invention, which are also referred to as emergency operation could, before, then the clutch 8 can be used as a simple clutch, e.g. B. as an engageable and disengageable tooth clutch are carried out, whereby a cost saving is possible compared to an overrunning clutch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Verfahren zum Betrieb einer zur Verdichtung von Luft oder Erzeugung von Energie einsetzbaren Luftspeicher-Gasturbinenanlage mit einer Gasturbine, einer Verdichteranlage und einer zwischen der Gasturbine und der Verdichteranlage angeordneten wechselweise als elektrischer Motor oder Generator arbeitenden Synchronmaschine, an die je nach Betriebsart mindestens die Verdichteranlage bzw. die Gasturbine durch ein- und ausrückbare mechanische Kupplungen gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum raschen Umschalten von Verdichterbetrieb auf Gasturbinenbetrieb die Verdichteranlage (4, 6) ohne Abkupplung und ohne Drehzahländerung auf einen Betriebszustand mit kleiner Leistungsaufnahme umgestellt wird, und daß nach dem Hochfahren der Gasturbine (1) auf Synchrondrehzahl diese an die Synchronmaschine (3) über eins Oberholkupplung gekuppelt wird.1. Process for operating a system that can be used to compress air or generate energy Air storage gas turbine system with a gas turbine, a compressor system and one between the gas turbine and the compressor system arranged alternately as an electric motor or generator working synchronous machine, to which, depending on the operating mode, at least the compressor system or the gas turbine through one and disengageable mechanical clutches are coupled, characterized in that for rapid switchover from compressor operation to gas turbine operation, the compressor system (4, 6) without Decoupling and without changing the speed is switched to an operating state with low power consumption, and that after starting up the Gas turbine (1) at synchronous speed this to the synchronous machine (3) via an overhaul clutch is coupled.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Betrieb einer Gasturbinenanlage, deren Verdichteranlage eine oder mehrere Stufen aufweist, wobei hinter mindestens einer Stufe ein oder mehrere Ausblaseventile vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Umstellen der Verdichteranlage (4,6) durch öffnen mindestens eines Ausblaseventils (9, 10) erfolgt so2. The method according to claim 1 for operating a gas turbine system, the compressor system a or several stages, with one or more blow-off valves behind at least one stage are provided, characterized in that the conversion of the compressor system (4,6) by opening at least one blow-out valve (9, 10) takes place in this way