DE2830724A1 - Verfahren zum betrieb einer gasturbinenanlage - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer gasturbinenanlage

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    • F02C7/00—Features, 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
    • F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

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Verfahren z.um B.e.tr.ie.b. einer. Gasturbinenanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage, welche turbinenseitig ein Hoch- und Niederdruckteil aufweist, denen je eine Brennkammer vorgeschaltet ist und bei welcher die Verbrennungsluft vorgewärmt wird.
Die einen Hochdruck- und Niederdruckteil aufweisenden Gasturbinen für hohe Eintrittsdrücke, wie sie beispielsweise bei Anlagen mit Luftspeichern vorkommen, sind in den meisten Fällen so ausgelegt, dass der Hochdruck- und der Niederdruckteil im gleichen Turbinengehäuse angeordnet sind (siehe BBC-Mitteilungen Nr. 1/77 und Sonderdruck CH-T 113 133 D).
Bei diesen bekannten Anordnungen ergibt sich jedoch das Problem, dass im allgemeinen die Gehäusetemperatur des die Hochdruckturbine umschliessenden Gehäuseteiles sowohl im Vollast- als auch im Teillastbetrieb eine vom Niederdruck-Gehäuseteil abweichende Temperatur aufweist, wodurch sich Wärmespannungen im Gesamtgehäuse ergeben können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu entwickeln, bei welchem die vorgenannten Nachteile beim Betrieb einer Gasturbinenanlage nicht auftreten und dass beide Gehäuseteile lastunabhängig stets die gleiche Temperatur aufweisen, so dass keine Wärmespannungen im Gehäuse auftreten.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Verbrennungsluft vor dem Eintritt in die
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HD-Brennkammer zunächst im Vorwärmer erwärmt und dann das Hochdruck-Gehäuse an seinen Innenwandungen bespült und damit erwärmt, wobei die Austrittstemperatur aus dem Hochdruckteil so gewählt, wird, dass sie der Eintrittstemperatür der Verbrennungsluft in das Hochdruck-Gehäuse entspricht, und dass weiterhin unabhängig von Laständerungen die Austrittstemperatur der Verbrennungsluft aus dem Vorwärmer konstant gehalten wird. .
Ferner ist es zweckmässig, die Laständerungen der Gasturbine überwiegend über die Verbrennungsluftmenge zu regeln.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vereinfacht dargestellt.
Es zeigt: ~~---.-^.
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gasturbinenanlage mit Vorwärmer,
Fig. 2 ein Diagramm Massendurchsatz und Temperaturverlauf in Funktion der Last.
Die dargestellte Gasturbinenanlage besteht im wesentlichen aus zwei Teilturbinen, einem Niederdruckteil 8 und einem Hochdruckteil 6, denen je eine, unmittelbar dem Turbinengehäuse 23 aufgesetzte Brennkammer 5,9 zugeordnet ist. Niederdruck- und Hochdruekbeschaufelung der Turbine sitzen auf einer gemeinsamen Welle 14. Mit 1 ist ein der Gasturbinenanlage zugeordneter Vorwärmer bezeichnet, in welchen bei 2 ein Arbeitsmedium, im vorliegenden Fall Luft, beispielsweise aus einem (nicht dargestellten) Luftspeicher
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eintritt, wobei die Luft eine verhältnismässig niedrige Temperatur aufweist. Die Luft wird im Vorwärmer erhitzt und über eine Luftzuführung 3 in das Hochdruck-Gehäuse 4 der Gasturbine geleitet, wo sie dessen Innenwand umspült, bevor sie in eine Hochdruckbrennkammer 5 gelangt, wo sie auf die Eintrittstemperatur der Hochdruckturbine 6 aufgeheizt wird. Nach dem Durchströmen der Hochdruckturbine 6 tritt das Arbeitsmedium in das Gehäuse 7 der Niederdruckturbine 8 ein. Hier umspült das Arbeitsmedium die Innenoberflächen des Gehäuses Y, bevor es in die Niederdruckbrennkammer 9 gelangt. Die Abgase werden in Pfeilrichtung aus dem Abgasaustritt 10 durch den Vorwärmer 1 geleitet, wo sie die in der Berohrung 11 strömende Ansaugluft erwärmen. Zur Mengenregelung des Arbeitsmediums ist ein Regelorgan 13 in der Zuleitung zur Hochdruckturbine vorgesehen. Bedingt durch die Tatsache, dass die Hochdruckturbine 6 und die Niederdruckturbine 8 auf der gemeinsamen Welle 14 angeordnet sind, wobei sich die Axialschübe beider Beschaufelungen addieren, ist ein Ausgleichskolben 15 auf der Welle 14 vorgesehen.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Anordnung ist folgende:
Für den Vollastpunkt der Gasturbinenanlage werden die Temperaturen des Arbeitsmediums so gewählt, dass sie sowohl im Hochdruck-Gehäuse 4, als auch im Gehäuse 7 der Niederdruckturbine 8 gleich sind, d.h. beide Gehäuse werden auf die gleiche Temperatur aufgeheizt. Jede Leistungsänderung der Gasturbinenanlage wird primär über das Regelorgan 13 und sekundär durch Veränderung der Austritts-Temperaturen aus der Hochdruck- 5 und Niederdruckbrennkammer 9 vorgenommen .
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Bei einer beispielsweisen Leistungsreduzierung der Gasturbinenanlage auf etwa 50 % der Nennleistung wird das Regelorgan 13 teilweise geschlossen, so dass der Durchsatz auf etwa 55 - 60 % vom Nenndurchsatz verringert wird. Dadurch ' reduziert sich das Druckverhältnis an der Niederdruckturr bine 8 ebenfalls auf etwa die Hälfte, während das Druckverhältnis an der Hochdruckturbine 6 annähernd gleich bleibt. Die Regelung der Kraftstoffzuführung in der Hochdruckbrennkammer 5 erfolgt nun derart, dass auch bei HaIblast die Temperatur des Gases nach der. Entspannung in der Hochdruckturbine beim Eintritt in das Gehäuse 7 der Niederdruekturbine 8 gleich ist wie bei Vollast. Ueber eine Regelung der Kraft stoffzufuhr in die Niederdruckbrennkaimner 9 kann die Abgastemperatur der Niederdruckturbine 8 so eingestellt werden, dass die Eintrittstemperatür des Arbeitsmediums in das Hochdruck-Gehäuse 4 gleich ist wie bei Volllast. Dadurch wird gewährleistet, dass die Temperaturen des Hochdruck-Gehäuses 4 und des Niederdruck-Gehäuses 7 gegenüber dem Vollastbetrieb gleich bleiben, wodurch zusätzlich Wärmespannungen in den Gehäusen vermieden werden.
Aus dem in der Fig. 2 dargestellten Diagramm geht der grundsätzliche Verlauf der Temperaturen in der Gasturbinenanlage in Punktion der Last hervor, wobei die Temperaturen mit ausgezogenen, der Massenstrom mit strichlierten Linien aufgetragen sind. Auf der Abszisse ist die Last aufgetragen, auf der einen Ordinate die Temperatur und auf der anderen der Massenstrom. Der Kurvenzug 2f stellt die Eintrittstemperatur der Kühlluft in den Vorwärmer dar. Die Kurve 3' bezeichnet die Eintrittstemperatur der Verbrennungsluft in das Hochdruckgehäuse nach ihrer Vorwärmung. In der Brennkammer 5 (Pig· D wird die Verbrennungsluft auf die Temperatur 5' erhitzt und wird anschliessend in der Hochdruckturbine 6 auf die Tempe-
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ratur 7' expandiert, welche erfindungsgemäss gleich gross ist wie die Eintrittstemperatur 3'. In der Niederdruck-Brennkammer 9 wird die bereits teilweise mit Abgasen versetzte Luft auf die Temperatur 9' erhitzt und expandiert in der Niederdruckturbine 8 auf die Austrittstemperatur 10'.
Bei Teillast ist zu beachten, dass bei Verkleinerung des Massenstromes die Abgastemperatur bei 10 ohne Gegenmassnahme ansteigen würde. Desgleichen ändert sich bei Teillast die Wärmedurchgangszahl im Vorwärmer 1. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass wegen der Verkleinerung des Druckverhältnisses in der Niederdruckturbine 8 bei Teillast die Eintrittstemperatur in die Niederdruckturbine 8 abgesenkt werden muss, um annähernd gleichbleibende Austrittstemperaturen zu erzielen. Die Gastemperaturen am Hochdruckgehäuse 4 und am Niederdruckgehäuse 7 können in einem weiten Bereich konstant gehalten werden. Bei der erfindungsgemässen Regelung ist es demnach möglich, die konstante Gehäuse-Wand temp er a tür bei Teillast nur über die Verwendung einer separaten Hochdruckbrennkammer zu erzielen.
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Claims (2)

  1. BBC Aktiengesellschaft Hw/dh
    Brown, Boveri & Cie. ?8?Ω72Δ
    Baden (Schweiz) ■ ■ *vgv'*1'·
    . .P .a t .e. .n t. .a .n .s. p. r Xi c h e
    Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage, welche turbinenseitig einen Hoch- und einen Niederdruckteil aufweist, denen je eine Brennkammer vorgeschaltet ist und bei welcher die Verbrennungsluft vorgewärmt wirdi dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft vor dem Eintritt in die Hochdruck-Brennkammer (5) zunächst im Vorwärmer (1) erwärmt und dann das Hochdruck-Gehäuse (4) an seinen Innenwandungen bespült und damit erwärmt, wobei die Austrittstemperatur aus dem Hochdruckteil (4)
    IQ so gewählt wird, dass sie der Eintrittstemperatur in das Hochdruck-Gehäuse (4) entspricht, und dass weiterhin unabhängig von Laständerungen die Austrittstemperatur der Verbrennungsluft aus dem Vorwärmer (1) konstant gehalten wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laständerungen der Gasturbine überwiegend über die Verbrennungsluftmenge geregelt werden.
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    ORIGINAL INSPECTED
DE19782830724 1978-06-16 1978-07-13 Verfahren zum betrieb einer gasturbinenanlage Granted DE2830724A1 (de)

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