DE2906393C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Nebenschluß­ schaltung einer Brennkammer in einer Gasturbinenanlage. Eine solche Ventilanordnung ist bekannt aus der DE-OS 23 33 087.

Bei einem Schnellstop oder einer Schnellentlastung einer Gasturbine infolge eines Lastabfalls oder eines Defekts ist es üblich, die Brennstoffzufuhr einfach abzustellen. In jüngster Zeit ist jedoch vorgeschlagen worden, Wirbelbett­ brennkammern für Gasturbinen zu verwenden, wobei ein Schnellstop nicht allein durch die Unterbrechung der Brenn­ stoffzufuhr erreicht werden kann. Dies beruht auf dem großen Energieinhalt des Wirbelbettes einerseits infolge des großen Volumens an heißen Druckgasen und andererseits infolge des großen Wärmeinhalts des Bettmaterials und eventuell nicht­ verbrannten Brennstoffs.

Aus der DE-OS 23 33 087 ist eine Gasturbinenanlage mit einer Wirbelbettbrennkammer bekannt, bei der das Verbindungsstück zwischen Gasturbine und Brennkammer aus einem Rohrabschnitt besteht, der aus zwei konzentrischen Rohren aufgebaut ist, von denen das innere Rohr die Heißgasleitung für das von der Brennkammer zur Turbine strömende Heißgas bildet und der ringförmige Raum zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr die Druckluftleitung für die vom Kompressor zur Brennkammer strömende Druckluft bildet. Innerhalb der Brennkammeranlage ist eine mit einem Absperrventil versehene Rohrverbindung vorhanden, welche die Heißgasleitung zur Turbine mit einem vom Kompressor gespeisten Raum verbindet. Durch Öffnung des Ventils in dieser Kurzschlußleitung kann beim Notwendigwer­ den eines Schnellstops die vom Kompressor gelieferte Luft direkt zur Turbine umgeleitet werden. Das Ventil in dieser Kurzschlußleitung liegt außerhalb der Brennkammeranlage bzw. des Rohrleitungssystems zwischen Brennkammeranlage und Gasturbine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanord­ nung für eine Gasturbinenanlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, welche Ventilanordnung raumsparend und ein­ fach gestaltet ist und im Bereich großer Temperaturdifferen­ zen zwischen der Heißgasleitung und der Druckluftleitung der Anlage zuverlässig arbeitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfin­ dungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge­ nannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Ansprüchen genannt.

Durch die Ventilanordnung nach der Erfindung wird die Ener­ gieströmung von der Brennkammer gesperrt, und die Gasturbine wird durch die kalte Druckluft vom Kompressor schnell abge­ kühlt, während die Kompressorbelastung gleichzeitig ein schnelles Bremsen der Gasturbine bewirkt. Dankt der kom­ struktiven Gestaltung der Ventilanordnung gemäß der Erfin­ dung ist die radiale Ausdehnung der gesamten Ventilanordnung über den Außendurchmesser der konzentrischen Doppelrohrlei­ tung hinaus relativ klein.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 das Grundprinzip einer Gasturbine, bei der die Ven­ tilanordnung nach der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 2 das Prinzip einer Ventilanordnung gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 3 und 4 zwei verschiedene konstruktive Gestaltungen der Ventilanordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 4a einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Gasturbinenanlage mit einem Kompressor 1, einer Gasturbine 2 und zwei Brennkammern 3. Die Druckluft wird vom Kompressor zu je einem jede Brennkammer umgebenden Mantel 4 geleitet, und zwar durch ein als Druckluftleitung ausgebildetes äußeres Rohr 5, das ein als Heißgasleitung ausgebildetes inneres Rohr 6 umgibt, welches die heißen Gase von der Brennkammer zur Turbine leitet.

Wie eingangs erwähnt, muß bei der Anwendung einer Wirbel­ bettbrennkammer die Möglichkeit bestehen, diese bei Störun­ gen, wie beispielsweise einem Lastausfall oder einem Defekt, vollkommen von der Anlage zu trennen. Gleichzeitig muß die Druckluft vom Kompressor direkt zur Gasturbine geleitet wer­ den, einerseits damit der Kompressor nicht gebremst wird und andererseits, um die Turbine zu kühlen. Das Prinzip zur Er­ füllung dieser Forderungen geht aus Fig. 2 hervor, wo die Absperrventile 7 und 8 in die Druckluftleitung 5 beziehungs­ weise Heißgasleitung 6 eingesetzt sind, und das Nebenschluß­ ventil 9 zwischen den beiden Leitungen 5 und 6 angeordnet ist.

Als Bedienung für diese Ventile gilt, daß die Ventile 7 und 8 nicht geschlossen werden dürfen, bevor das Nebenschlußven­ til 9 geöffnet worden ist, damit ein heftiges Bremsen des Luftstromes (Pumpen des Verdichters) vermieden wird. Um dies sicherzustellen, werden die Betätigungsorgane für die Ven­ tile zweckmäßigerweise so koordiniert, daß das Ventil 9 öff­ net, bevor man beginnt, die Ventile 7 und 8 zu schließen.

Ferner muß die Brennkammer nach dem Abstellen entlastet wer­ den können, was mittels eines besonderen Ventils 10, ein sog. Dumperventil, geschehen kann, das eine Verbindung zum Schornstein oder zur Abgasleitung der Anlage herstellt. Bei einem Defekt ist dies die einzige Möglichkeit. Handelt es sich dagegen nur um einen Lastausfall, so kann die Brennkam­ mer langsam auf die Turbine entlastet werden, wenn nur die Luft- und Brennstoffzufuhr gesperrt ist. Hierbei kann man den Umstand ausnutzen, daß es bei den vorliegenden Abmessun­ gen und Temperaturen auf jeden Fall schwierig ist, die Ven­ tile 7 und 8 ganz dicht zu machen, ohn daß dabei die Gefahr besteht, daß sie in geschlossener Lage festklemmen. Man stellt diese Ventile daher mit einem gewissen Spiel her und sorgt dafür, daß das Ventil 8 stets ein größeres Spiel als das Ventil 7 hat. Hierdurch wir die Brennkammer langsam über das Ventil 8 entlastet, während die Luftzufuhr über das Ven­ til 7 vernachlässigbar klein wird.

Die konstruktive Ausbildung der Ventilkombination nach der Erfindung geht aus Fig. 3 hervor, wo die Ventile in einem Gehäuse 11 an einer Abwinkelung der Koaxialleitung 5, 6 an­ gebracht sind.

Die Ventile 7 und 8 sind vorzugsweise als doppelte Klappen­ ventile ausgebildet, und wie aus Fig. 3 hervorgeht, ver­ läuft die innere Heißgasleitung 6 in einer ununterbrochenen Biegung, während die Druckluftleitung 5 unterbrochen wird, so daß das Ventil 7 frei im Gehäuse 11 mündet.

Das Nebenschlußventil 9 ist in einem kleinen zylindrischen Gehäuse 12 angeordnet, das zwischen der Außenwand des Gehäu­ ses 11 und einem inneren Mantel 13 angeordnet ist, der die Biegung der Leitung 6 umgibt. Die Ausführung des Ventils 9 und des Gehäuses 12 geht deutlich aus Fig. 4 hervor. Um die Abmessungen des Ventils 9 und somit des Gehäuses 11 klein zu halten, wird das Ventil 9 in mehrere Ventile aufgeteilt. Die Ausführungsform nach Fig. 4 zeigt zwei diametral zueinander angeordnete Ventile 9. Ebensogut können vier oder mehr solcher Ventile über den Umfang der Leitung 6 verteilt vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt, wie bereits erwähnt, eine etwas andere Aus­ führung der Ventilkombination, bei der das Gehäuse 11 im we­ sentlichen in einer Erweiterung der Druckluftleitung 5 be­ steht, um Platz für die Nebenschlußventile 9 um das Luftab­ sperrventil 7 zu schaffen.

Jedes Ventil 9 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse mit einer Öffnung 14 an der stromaufwärts gelegenen Seite des Luftstroms. Das Ventil selbst besteht aus einer Klappe 15, die in einer Zwischenwand 16 des Ventilgehäuses 12 befestigt ist.

Außer als Nebenschlußventil bei einem Schnellstopp können eines oder mehrere der Ventile 9 auch als Regelventile die­ nen, um bei Teillast einen Teil der Druckluft vom Kompressor an der Brennkammer vorbeizuleiten und damit bei konstanter Drehzahl der Turbine die Luft zur Brennkammer im Verhältnis zu einer reduzierten Brennstoffmenge herabzusetzen.

Fig. 4 zeigt ferner Betätigungsorgane 17 und 18 für die Ventile.

Claims (4)

1. Ventilanordnung in einer Gasturbinenanlage zur Neben­ schlußschaltung zwischen einer Druckluftleitung (5), die von einem Kompressor zu einer Wirbelschichtbrennkammer führt, und einer Heißgasleitung (6), die von der Brennkammer zur Turbine führt, wobei die Heißgasleitung (6) und die Druck­ luftleitung (5) aus zwei konzentrischen Rohren gebildet sind, von denen das innere Rohr die Heißgasleitung (6) und der ringförmige Raum zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr die Druckluftleitung (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr mit einer Erweiterung ausgebildet ist, die ein Ventilgehäuse (11) bil­ det, daß mindestens ein Nebenschlußventil (9) zwischen den beiden Leitungen (5, 6) innerhalb dieses Gehäuses (11) ange­ ordnet ist und daß der von dem Gehäuse zur Brennkammer füh­ rende Teil der Druckluftleitung innerhalb des Gehäuses (11) über ein Absperrventil (7/8) verschließbar ist.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (5, 6) beim Passieren des Gehäuses (11), wie an sich bekannt, abgewin­ kelt sind und daß das Ventil (7) der Druckluftleitung (5) in einer Verlängerung des einen Schenkels der Druckluftleitung (5) angeordnet ist.

3. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Neben­ schlußventil (9) mindestens ein Klappventil (15) enthält, das in einem entsprechenden zylindrischen Verbindungsrohr (12) untergebracht ist, welches radial zwischen den Wänden der beiden Leitungen (5, 6) angebracht ist und welches einer­ seits mit der Heißgasleitung und andererseits mit dem vom Kompressor kommenden Teil der Druckluftleitung in Verbindung steht.

4. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiß­ gasleitung (6) innerhalb des Gehäuses (11) mit einem Ab­ sperrventil (8) versehen ist und daß die Absperrventile (7, 8) in der Luft- und Gasleitung als an sich bekannte Klappen­ ventile und derart ausgebildet sind, daß sie in geschlosse­ ner Lage ein gewisses Spiel haben, wobei das Spiel des Ven­ tils (8) der Gasleitung (6) größer ist als das Spiel des Ventils (7) der Luftleitung (5).