DE4221805A1 - Verfahren und Einrichtung zum Starten einer Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einer Einrichtung zum Starten einer Gasturbine über einen Startregler, der in einem elektronischen Steuerkreis mit einem Turbinen-Drehzahlgeber, einem Drehzahlregler sowie Druckgeber für den Einspritz- und Kompressordruck sowie Dosierpumpen angeordnet ist und Signale über die Drehzahl und den Druck in Elektronikeinheiten auf­ bereitbar sind.

Insbesondere für kleine Aggregate, bei denen die Kraftstofförderung in der Regel abhängig von der Turbinendrehzahl ist und nur in bestimmten höheren Drehzahlbereichen ein optimales Startgemisch zwischen Luft und Kraftstoffmenge gewährleistet ist, wird während des Startvorganges versucht, die Turbine mit dem Anlasser auf möglichst hohe Drehzahlen zu treiben und erst dann Kraftstoff einzuspritzen und zu zünden. Dies erfordert einen relativ großen Anlasser und eine entsprechend große Anlaßenergie. Außerdem ist das Anlassen sehr von den Startbedingungen wie Luftdruck, Umgebungstemperatur, Kraftstoffviskosität und Zünd­ willigkeit abhängig. Fehlstarts und Verpuffungen sind häufig die Folge.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen elektro­ nischen Hilfsmitteln diese gattungsgemäße Verfahren und Anordnungen zu verbessern und einen Startregler zu schaffen, der mit einem Turbinenregler zusammenar­ beitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer ersten Regelstufe über die Dosierpumpen die Kraftstoffmenge so gesteuert wird, daß eine vorgegebene Differenz zwischen Kompressordruck und Einspritzdruck erreicht wird, und in einer zweiten Regelstufe wird nach Erreichen eines Zündkriteriums die Kraftstoffmenge so gesteigert, daß die Turbinendrehzahl in einem vorgegebenen Zeitraum die Nenndrehzahl erreicht, und in einer dritten Regelstufe wird über den Drehzahlregler die Turbinenregelung übernommen und die Turbine lastunabhängig auf einer konstanten Drehzahl gehalten. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.

Nach der Erfindung steuert der Startregler über Dosier­ pumpen, die unabhängig von der Turbinendrehzahl ar­ beiten, in einer ersten Stufe die Kraftstoffmenge so, daß eine vorgegebene Differenz zwischen Kompressordruck und Einspritzdruck erreicht wird. Diese Differenz kann so festgelegt werden, daß auch bei niedrigen Anlaß­ zahlen bereits ein zündfähiges Gemisch an der Zündein­ richtung entsteht.

Eine zweite Regelstufe wird nach Erreichen eines Zündkriteriums (z. B. einer bestimmten Drehzahl in einem festgelegten Zeitraum) zugeschaltet und steigert die Kraftstoffmenge so, daß die Turbinendrehzahl in einem vorgegebenen Zeitraum die Nenndrehzahl erreicht. Durch diesen Regelvorgang lassen sich alle Einflüsse von Temperatur, Kraftstoffgüte, Kraftstoffviskosität u. a. auf die Hochlaufzeit kompensieren.

Nach Erreichen der Nenndrehzahl übernimmt in einer dritten Regelstufe der normale Drehzahlregler die Turbinenregelung und hält die Turbine unabhängig von der Last auf konstanter Drehzahl.

In dieser Betriebsphase übernimmt der Startregler unter Verwendung der ihm zur Verfügung stehenden Signale für Einspritzdruck, Kompressordruck und Drehzahlgradient Sicherungsfunktionen für die Überwachung der Turbine. Das heißt, er gibt ein Warn- oder ein Abschaltsignal, wenn vorgegebene Werte bei den genannten Signalen über- oder unterschritten werden. So meldet er z. B. anhand eines veränderten Kraftstoffdruckes den Ausfall einer der beiden redundant arbeitenden Pumpen.

Der Startregler wird besonders einfach und wirkungs­ voll, wenn die Kraftstoffversorgung durch pulsbreiten­ gesteuerte Kolbenpumpen erfolgt. Dabei kommt insbeson­ dere die bei Kolbenpumpen üblichen Druckpulsationen dem Zündvorgang zugute, weil sie eine Spreizung des Zeitbe­ reiches bewirken, in dem an der Zündeinrichtung ein zündfähiges Kraftstoffluftgemisch existiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zeigt schematisch den Aufbau des Startreglers in Verbindung mit dem an sich be­ kannten Drehzahlregler.

Eine Turbine 1 wird über eine Einspritzdüse 2 und eine Kraftstoffleitung 3 von parallel arbeitenden Dosier­ pumpen 4, 4′ mit Kraftstoff versorgt. Die Pumpen 4, 4′ werden von elektrischen Versorgungseinheiten 5 und 5′ mit z. B. pulsbreiten-modulierten Strömen versorgt, die sie dosiert antreiben. Dabei sind beide Pumpen 4, 4′ als Kolbenpumpen ausgebildet und werden zur Begrenzung der Förderdruckpulsationen phasenversetzt zueinander betrieben. Das bewirkt ein Phasenschieber 6 für das Signal der einen Pumpe 4′.

Der Startregler 7 wird von den Signalen der Druckgeber 8 und 9 für den Einspritzdruck und 1 für den Kom­ pressordruck beaufschlagt, die in Elektronikeinheiten 10 und 11 aufbereitet werden. Des weiteren wird der Startregler 7 vom Signal des Turbinendrehzahlgebers 12 beaufschlagt, das in einer weiteren Elektronikeinheit 13 aufbereitet wird. Der nachgeschaltete Drehzahlregler 14, der über die Elektronikeinheit 15 ebenfalls das Signal des Gebers 12 erhält, ist während der Startphase nicht wirksam.

Der Startvorgang spielt sich beispielsweise folgender­ maßen ab:

Ein Anlasser (nicht dargestellt) treibt die Turbine 1 hoch. Bei Erreichen eines bestimmten Kompressordrucks werden vom Startregler 7 die Dosierpumpen 4, 4′ in Betrieb gesetzt und so gesteuert, daß sich der Differenzdruck am Geber 8 (Einspritzdruck) und 9 (Kompressordruck) dem vorgegebenen Solldruck 16 (delta Po) nähert. Die Zündung erfolgt. Die Turbinendrehzahl steigt beschleunigt an und überschreitet einen vorgege­ benen Drehzahlgradienten 17 als Zeichen dafür, daß die Zündung erfolgt ist. Damit schaltet der Startregler 7 um auf das Drehzahlsignal und führt durch entsprechende Kraftstoffzumessung dieses entsprechend einem vorgege­ benen Drehzahlgradienten 17 auf die Nenndrehzahl 18 (no) hoch. Kurz vor Erreichen der Nenndrehzahl 18 übernimmt der Drehzahlregler 14 die Kraftstoffregelung und führt die Turbine 1 lastunabhängig auf die vorgegebene Nenndrehzahl 18. In der Nennbetriebsphase bleibt der Startregler 7 mit den zugehörigen Sensoren weiter aktiv und überwacht die Turbine 1 z. B. hinsichtlich unzulässiger Druck- und Drehzahlwerte und -kombinationen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Starten einer Gasturbine über einen Startregler, der in einem elektronischen Steuer­ kreis mit einem Turbinen-Drehzahlgeber, einem Drehzahlregler sowie Druckgebern für den Einspritz- und Kompressordruck sowie Dosierpumpen angeordnet ist und Signale über die Drehzahl und den Druck in Elektronikeinheiten aufbereitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Regelstufe über die Dosierpumpen die Kraftstoffmenge so gesteuert wird, daß eine vorgegebene Differenz zwischen Kompressordruck und Einspritzdruck erreicht wird, und in einer zweiten Regelstufe wird nach Erreichen eines Zündkriteriums die Kraftstoffmenge so ge­ steigert, daß die Turbinendrehzahl in einem vorge­ gebenen Zeitraum die Nenndrehzahl erreicht, und in einer dritten Regelstufe wird über den Drehzahl­ regler die Turbinenregelung übernommen und die Turbine lastunabhängig auf einer konstanten Dreh­ zahl gehalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängig­ keit von der Differenz zwischen Einspritzdruck und Kompressordruck in der Brennkammer bzw. am Kom­ pressoraustritt im elektrischen Steuerkreis gere­ gelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einer Hochlaufphase der Turbine zusätzlich die Turbinendrehzahl über einen Geber überwacht und durch entsprechende Dosierung der Kraftstoffmenge in einer vorgegebenen Zeit (t) auf Nenndrehzahl (no) hochgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im stationären Normalbetrieb die Kraftstoffzufuhr über den Drehzahlregler auf konstante Drehzahl geregelt wird und die Differenz zwischen dem Einspritzdruck und dem Kompressions­ druck sowie die Drehveränderungen mit dem Start­ regler überwacht werden und bei Erreichen kritischer bzw. unzulässiger Werte es zu einem Warnsignal bzw. zu einer Sicherheitsabschaltung führt.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Startregler (7) im elektrischen Steuerkreis von Signalen der Druckgeber (8, 9) für den Einspritzdruck und den Kompressordruck sowie vom Signal des Drehzahlgebers (12) beaufschlagt wird und die Signale aus den Druckgebern (8, 9) in den Elektronikeinheiten (10, 11) und das Signal vom Drehzahlgeber (12) in der Elektronikeinheit (13) aufbereitet wird.

6. Startregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Dosierpumpen (4, 4′) mindestens zwei pulsbreitengesteuerte Kolben­ pumpen verwendet werden, die phasenversetzt zuein­ ander gepulst werden.