DE685899C

DE685899C - Control device for exhaust gas turbine fan for the combustion air of steam generators

Info

Publication number: DE685899C
Application number: DES118448D
Authority: DE
Original assignee: Rateau SA
Current assignee: Rateau SA
Priority date: 1935-04-29
Filing date: 1935-05-26
Publication date: 1939-12-28

Description

Regelvorrichtung für Abgasturbogebläse für die Verbrennungsluft von Dampferzeugern Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für Abgasturbogebläse für die Verbrennungsluft von Dampferzeugern mit einer unter hohem Druck arbeitenden Feuerung. Es ist bekannt, die von einem Gebläse geförderte Verbrennungsluft durch einen regelbaren Absperrkörper ins Freie abzulassen, um das Gebläse von der Feuerungsanlage abzuschalten. Die abgeführte Druckluft geht hierbei verloren.Control device for exhaust gas turbo fan for the combustion air of Steam Generators The invention relates to a control device for exhaust gas turbo fans for the combustion air of steam generators with a working under high pressure Firing. It is known that the combustion air conveyed by a fan is carried through to release an adjustable shut-off device into the open air in order to remove the fan from the combustion system switch off. The discharged compressed air is lost here.

Ferner sind Sicherheitsregler für Druckdampferzeuger bekannt, die beim Überschreiten der höchstzulässigen Drehzahl der Gasturbine den Heizgasstrom von der das Gebläse antreibenden Gasturbine ins Freie ableiten. Hierbei wirkt der Sicherheitsregler als Drehzahlbegrenzer für das Turbinengebläse.Furthermore, safety regulators for pressure steam generators are known which the heating gas flow when the maximum permissible speed of the gas turbine is exceeded derive from the gas turbine driving the fan into the open air. This is where the Safety controller as a speed limiter for the turbine fan.

Nach der Erfindung ist bei einer Regelvorr richtung für Abgasturbogebläse der eingangs genannten Art von der Druckleitung eines Gebläses, das Verbrennungsluft im Überschuß liefert, eine Leitung mit einem von der den Feuerraum des Kessels zugeführten Brennstoffmenge und Luftmenge beeinflußten Absperrkörper derart nach der Abgaszuleitung der Turbine abgezweigt, daß zwecks Gleichhaltung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses je nach der Stellung des Absperrkörpers mehr oder weniger Druckluft unter Umgehung der Brennkammer unmittelbar in die Abgasturbine gelangt. Dadurch soll erreicht werden, daß bei Änderungen der Brennstoffmenge die dem Feuerraum des Kessels zugeführte Luftmenge unmittelbar entsprechend geändert wird, so daß -die Verbrennung stets unter günstigen Bedingungen erfolgt. Dabei geht die Kraft der von dem Kessel abgeleiteten Druckluft nicht ganz verloren, da die Druckluft durch ihre Entspannung die Turbine mittreiben hilft. Außerdem setzt die der Turbine zugeführte Druckluft die Temperatur der die Turbine beaufschlagenden Gase herab. Der hierdurch erzielte Vorteil besteht in folgendem: Wenn die Luftlieferung steigt, so erhöht sich damit die -Temperatur der die Turbine beaufschlagenden Gase. Hierdurch entsteht die Neigung, die Störung des Gleichgewichts zwischen der von der Turbine abgegebenen und der zum Betrieb des Gebläses erforderlichen Leistung noch zu erhöhen. Das Kühlen der Feuerungsgase durch die der Turbine zugeführte Überschußdruckluft wirkt dem entgegen, d. h. dahin, das gestörte Gleichgewicht zwischen der Turbinen- und der Gebläseleistung wiederherzustellen.According to the invention is in a Regelvorr direction for exhaust gas turbo fan of the type mentioned at the beginning of the pressure line of a blower, the combustion air supplies in excess, a line with one of the supplied to the furnace of the boiler The amount of fuel and the amount of air influenced the shut-off body after the exhaust gas feed line the turbine branched off that in order to keep the fuel-air ratio constant depending on the position of the shut-off body, more or less compressed air bypassing it the combustion chamber goes directly into the exhaust gas turbine. This is to achieve that when the amount of fuel changes, the amount supplied to the furnace of the boiler Amount of air is changed immediately accordingly, so that -the combustion always takes place under favorable conditions. In doing so, the force is derived from the boiler Compressed air is not completely lost, as the compressed air expands the turbine drifting helps. In addition, the compressed air supplied to the turbine sets the temperature of the gases acting on the turbine. The advantage achieved by this is there In the following: If the air delivery increases, the temperature increases with it the gases acting on the turbine. This creates the tendency, the disturbance the balance between that output by the turbine and that for operation of the fan required to be increased. The cooling of the combustion gases the excess compressed air supplied to the turbine counteracts this, d. H. there to restore the disturbed balance between the turbine and fan power.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. z einen Aufriß einer Druckfeuerungsanlage und Fig. z einen Schnitt durch die Gasturbine mit einer Kühlvorrichtung für deren Läufer. Das Gebläse i wird von der Gasturbine 2 und einer Dampfturbine oder einer beliebigen anderen Zusatzkraftmaschine 3 in Betrieb gehalten. Die durch die Leitung 4 angesaugte-` Luft wird durch die Leitung 5 dem Feuei--@ raum zugedrückt. Der flüssige Brennstoff, fließt dem Brenner 6 durch die Leitung 7 zu. Nachdem die Feuerungsgase das Rohrbündel 8 des Kessels durchsetzt haben, gelangen sie durch die Leitung 9 in die Gasturbine 2, aus der sie bei io entweichen.In the drawing is an embodiment of the inventive concept Fig. 2 illustrates an elevation view of a pressurized combustion system and FIG. z shows a section through the gas turbine with a cooling device for the same Runner. The fan i is operated by the gas turbine 2 and a steam turbine or any other auxiliary engine 3 kept in operation. By line 4 sucked-in air is pressed through line 5 to the fire room. The liquid fuel flows to the burner 6 through the line 7. after the Firing gases have passed through the tube bundle 8 of the boiler, they get through the line 9 into the gas turbine 2, from which they escape at io.

Die Leistung der Zusatzkraftmaschine 3 ist für jede Kesselbelastung so eingeregelt, daßdas Gebläse einen geringen Luftüberschuß, z. B. einen solchen von io °/o gegenüber derjenigen Luftmenge liefert, welche zur Verbrennung -des bei dieser Kesselbelastung verbrauchten Brennstoffs ausreichend wäre: Dadurch muß eine etwas höhere Zuschußleistung zugeführt werden, als wenn nur genau diejenige Luftmenge in die Feuerung gedrückt würde, die für die Verbrennung gerade ausreicht. Tatsächlich aber sind die Betriebsrosten für die Verdichtung dieses Überschusses deswegen sehr gering, weil ein großer Teil der hierfür aufgewendeten Leistung durch die Gasturbine rückgewonnen wird.The power of the auxiliary engine 3 is for each boiler load adjusted so that the fan has a small excess of air, e.g. B. such of 10% compared to that amount of air which contributes to the combustion this boiler load would be sufficient fuel consumed: This must be a slightly higher additional power are supplied than if only exactly that amount of air would be pushed into the furnace, which is just sufficient for combustion. Indeed but the plant grids are very good for the compaction of this excess low, because a large part of the power used for this is due to the gas turbine is recovered.

Die vom Gebläse gelieferte Luft teilt sich in zwei Ströme. Der eine geht in die Luftdüsen der Brenner, bewirkt dort die Verbrennung und gelangt nach Durchsetzen des Kesselrohrbündels in die Gasturbinenzuleitung. Der andere Luftstrom gelangt durch die Zweigleitung i i unmittelbar in diese Turbinenzuleitung und mischt sich hier den von der Feuerung kommenden Gasen zu. Eine Drosselklappe oder ein beliebiger anderer Absperrkörper 12 ermöglicht, den Teil der Luftmenge, welcher durch diese Zweigleitung strömt, derart zu regeln, daß der Hauptluftstrom, der den Kessel durchsetzt, dem besten Verbrennungszustand entspricht. Die Regelung der Drosselklappe 12 o. dgl. erfolgt durch eine selbsttätig arbeitende Vorrichtung, durch die das Verhältnis zwischen Luft und Brennstoffmenge gleichgehalten wird. Hierfür können eine Reihe von Vorrichtungen zur Regelung von Strömungsverhältnislverten benutzt werden.The air delivered by the fan splits into two streams. The one goes into the air nozzles of the burner, causes the combustion there and follows Passing the boiler tube bundle into the gas turbine feed line. The other air stream passes through the branch line i i directly into this turbine feed line and mixes the gases coming from the furnace. A throttle or any other shut-off body 12 allows the part of the amount of air, which through this Branch line flows, to be regulated in such a way that the main air flow, which passes through the boiler, corresponds to the best combustion condition. The regulation of the throttle valve 12 o. Like. Is done by an automatically operating device through which the ratio is kept the same between air and fuel quantity. A number of can be used by devices for regulating flow ratios.

Der flüssige Brennstoff geht, bevor er zu den Brennern gelangt, durch ein Venturirohr 13, in welchem er einen dem Quadrat der Brennstoffmenge verhältnisgleichen Druckabfall erleidet. Die federnde Scheibe 14 einer Manometerkapsel 15 steht unter dem Einfluß dieses Druckunterschiedes vor bzw. im Venturirohr. Eine andere Manometerkapsel 16, die eine federnde Scheibe 17 besitzt, steht unter dem Einfluß des Luftdruckunterschiedes zwischen den beiden Stellen 18 und i9, deren eine in der Zuleitung zum Kessel liegt, während die andere an der Austrittsstelle der Feuerungsgase nach Durchsetzen des Rohrbündels 8 angeordnet ist. Dieser Druckunter-:"schied ist verhältnisgleich dem Quadrat der J%@.uftmenge. Die beiden Scheiben 14 und 17 i`nd durch eine Stange 2o miteinander v er--fGunden und so angeordnet, daß die auf sie wirkenden Kräfte einander entgegenarbeiten. Das Gleichgewicht entspricht dabei den Werten, die -den Druckunterschieden verhältnisgleich sind, d. h. der Luft- und der Brennstoffmenge. Die Bewegungen der Stange 20 werden durch eine Hebelanordnung 21, 22, 23 auf die Regeldrossel 12 übertragen. Steigt die Brennstoffmenge, so erhöht sich der Unterdruck im Venturirohr 13. Durch Einwirkung auf die Scheibe 14 bewirkt dies ein Schließen der Drossel 12. Die den Verbrennungsrauen durchströmende Luftmenge steigt somit sofort. Zugleich erhöht sich die Temperatur der Verbrennungsgase, Die Gasturbine nimmt damit eine größere Leistung auf und erhöht dementsprechend ihre Drehzahl, so daß die Luftlieferung des Gebläses steigt. Der Druckunterschied zwischen den Stellen 18 und i9 erhöht sich damit und beeinflußt die Scheibe 17. Diese sucht nun die Drossel 12 wieder so weit zu öffnen, bis das Verhältnisgleichgewicht zwischen den neuen Luft- und Brennstoffmengen hergestellt ist. Der umgekehrte Vorgang tritt bei Verminderung der Brennstoffmenge ein.The liquid fuel passes through before it reaches the burners a venturi 13, in which it is a ratio of the square of the amount of fuel Pressure drop suffers. The resilient disk 14 of a manometer capsule 15 is below the influence of this pressure difference in front of or in the Venturi tube. Another manometer capsule 16, which has a resilient disc 17, is under the influence of the air pressure difference between the two points 18 and 19, one of which is in the feed line to the boiler, while the other at the exit point of the combustion gases after enforcement of the Tube bundle 8 is arranged. This pressure difference: "difference is proportionate to that Square of the air volume. The two disks 14 and 17 i`nd by a rod 2o connected to one another and arranged in such a way that the forces acting on them are mutually exclusive counteract. The equilibrium corresponds to the values, the pressure differences are proportional, d. H. the amount of air and fuel. The movements of the Rods 20 are transmitted to regulating throttle 12 by a lever arrangement 21, 22, 23. If the amount of fuel increases, the negative pressure in the Venturi tube 13 increases Action on the disk 14 causes this to close the throttle 12. The den The amount of air flowing through the combustion grain increases immediately. At the same time increased the temperature of the combustion gases, the gas turbine thus takes a greater Power on and increases its speed accordingly, so that the air delivery of the fan rises. The pressure difference between points 18 and i9 increases thus and influences the disk 17. This is now looking for the throttle 12 again to open until the relative equilibrium between the new air and Fuel quantities is produced. The reverse process occurs when decreasing the amount of fuel.

Die Regelvorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet unter gleich guten Bedingungen für Betriebszustände, die oberhalb desjenigen liegen, von welchem an die Gasturbine allein den Betrieb des Gebläses übernehmen kann. Bekanntlich ist in diesen Betriebszuständen die Gaskraft zu groß, und der Maschinensatz hat das Bestreben, von sich aus einen immer mehr wachsenden Luftüberschuß zu liefern. Die Üffnungsstellung der Drossel 12 regelt sich so ein, daß der geeignete Betrag an Luftmenge, welche durch die Brennkammer streicht, immer aufrechterhalten bleibt, während der Über schuß durch die Zweigleitung i i abgeleitet wird und die die Turbine beaufschlagenden Gase kühlt. Hierdurch wird schon bis zu einem gewissen Grade die der Turbine zugeführte Leistung vermindert und infolgedessen ihre Drehzahl begrenzt.The control device according to the invention works under equally good conditions Conditions for operating states that are above the one from which on the gas turbine alone can take over the operation of the fan. It is well known In these operating states the gas force is too great, and the machine set has that Endeavor to supply an ever increasing excess of air by itself. the The opening position of the throttle 12 regulates itself in such a way that the appropriate amount is applied The amount of air that passes through the combustion chamber is always maintained, while the excess is derived through the branch line i i and the turbine acting gases cools. This becomes, to a certain extent, the the power supplied to the turbine is reduced and, as a result, its speed is limited.

Bei allen Betriebszuständen, die in der Nähe der Höchstleistung des Maschinensatzes liegen, wird das Gebläse, welches dann einen sehr starken Luftüberschuß liefert, veranlaßt, sich rascher zu drehen, als es für die Lieferung der Luftmenge erforderlich wäre, die eben ausreicht, um die größte Brennstoffmenge zu verbrennen. Hierin kann ein Übelstand liegen, wenn der Läufer, insbesondere sein Baustoff, bis an seinen Grenzwert bei Höchstbelastung beansprucht ist. In diesem Falle muß sich die Drehzahl des Maschinensatzes vermindern lassen. Hierfür braucht nur ein Regelglied vorgesehen zu werden, welches einen Druckabfall an einer beliebigen Stelle der Luft- oder der Gasströmung hervorruft, beispielsweise eine Drosselklappe in der Saug- oder Druckleitung des Gebläses, in der Beaufschlagungs- oder Auspuffleitung der Gasturbine o. dgl. Ein Teil der Gase kann auch von dem zur Turbinenbeaufschlagung 'führenden Rohr g nach dem Auspuff io hin abgezweigt, d. h. ein Teil der den Druckstutzen des Gebläses durchströmenden Luft in den Auspuff der Turbine geleitet werden. Zu diesem Zweck treibt der dargestellte Maschinensatz einen Fliehkraftregler 24 (Fig. i), der als Geschwindigkeitsbegrenzer eingeregelt ist. Die Bewegungen der Muffe 25 dieses Reglers werden durch Hebel o. dgl. 26, 27 auf einen Absperrkörper, ein Drosselglied, ein Ventil o. dgl. 28 übertragen, welches in einer Luftleitung 29 angeordnet ist, die einen Vorabzweig für den Druckstutzen des Gebläses bildet. Wenn sich die Drehzahl über einen bestimmten Wert zu steigern sucht, öffnet sich dieser Absperrkörper 28, wodurch sich die durch die Turbine strömende Gasmenge und damit deren Leistung verringert. Hierdurch wird die Drehzahl selbsttätig begrenzt. Dabei wird die so aus dem Gebläse abgezweigte Luft zur Kühlung des Gasturbinenläufers verwendet. Diese Luft teilt sich in die beiden Stutzen 30 und 31, welche in die beiden Kammern 32 und 33 der Gasturbine münden (Fig. 2). Diese Kammern stehen mit dein Auspuff in Verbindung. Damit werden die beiden Stirnseiten der Läuferscheibe 34- gekühlt, da die Luft durch die Spalte 35 und 36 streicht, die zwischen dem Ständer und dein Läufer der Turbine liegen. Diese Zufuhr frischer Luft wird um so größer, je höher die Drehzahl und infolgedessen die Kesselbelastung steigt, was besonders günstig ist, da dann auch die durch die Turbine streichenden Gase immer heißer werden.In all operating states that are close to the maximum output of the machine set, the fan, which then supplies a very strong excess of air, is made to rotate faster than would be necessary to supply the amount of air that is just sufficient for the greatest Amount of fuel to burn. This can be a disadvantage if the runner, in particular its building material, is stressed to its limit value at maximum load. In this case it must be possible to reduce the speed of the machine set. For this purpose, only one control element needs to be provided, which causes a pressure drop at any point in the air or gas flow, for example a throttle valve in the suction or pressure line of the fan, in the admission or exhaust line of the gas turbine or the like of the gases can also be branched off from the pipe g leading to the turbine admission to the exhaust pipe, ie part of the air flowing through the pressure port of the blower can be directed into the exhaust pipe of the turbine. For this purpose, the machine set shown drives a centrifugal governor 24 (FIG. I), which is regulated as a speed limiter. The movements of the sleeve 25 of this regulator are transmitted by levers or the like 26, 27 to a shut-off body, a throttle element, a valve or the like 28, which is arranged in an air line 29 which forms a branch for the pressure port of the blower . If the speed of rotation tries to increase above a certain value, this shut-off body 28 opens, whereby the amount of gas flowing through the turbine and thus its power is reduced. This automatically limits the speed. The air diverted from the fan in this way is used to cool the gas turbine rotor. This air is divided into the two nozzles 30 and 31, which open into the two chambers 32 and 33 of the gas turbine (FIG. 2). These chambers are connected to your exhaust. This cools the two end faces of the rotor disk 34, since the air passes through the gaps 35 and 36 which lie between the stator and the rotor of the turbine. This supply of fresh air increases, the higher the speed and, as a result, the boiler load, which is particularly favorable because the gases passing through the turbine then also become hotter and hotter.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control device for exhaust gas turbo fan for the Combustion air from steam generators with a furnace operating under high pressure, characterized in that from the pressure line (5) of a blower (i), the compressed air supplies in excess, a line (i i) with one of the furnace of the boiler The amount of fuel supplied and the amount of air influenced the shut-off element (12) in this way after the exhaust gas feed line (g) of the turbine (2) is branched that for the purpose of equality the fuel-air ratio depending on the position of the shut-off body (12) more or less compressed air bypassing the combustion chamber (8) directly into the exhaust gas turbine (2) arrives.

2. Control device according to claim i, characterized in that for the regulation of the shut-off body (12) two resilient thin plates (14, 17) are provided are, one of which (14) flow under the flow pressure of the through a V enturi tube (13) Fuel is and their other (17) on the one hand with the blower pressure line (5) and on the other hand with the exit point (ig) of the combustion gases from the boiler communicates.

3. Control device according to claim i and 2, characterized in that that a centrifugal governor (24) is provided, the one at the maximum boiler output from the pressure port of the blower (i) to. Gas turbine casing (2) leading line (2g) opens for the purpose of cooling the turbine rotor (34).