DE69018788T2 - Einrichtung zur Stabilisierung der Drehzahl der Arbeitsturbine bei einer Gasturbinenanlage. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Geschwindigkeits- -bzw. Drehzahlstabilisierungsvorrichtung zur Verwendung in einer Zwei-Wellengasturbine und insbesondere eine Drehzahlstabilisierungsvorrichtung zur Verwendung in einer Zwei-Wellengasturbine, die die Charakteristiken eines durch die Lastbeladung hervorgerufenen Abfalls verbessern kann; d. h. eine momentane Reduktion einer Drehgeschwindigkeit eines Generators, wenn eine Beladungslast zusätzlich mit dem Ausgang des Generators verbunden wird.
• Es wird auf US-A-4 184 083 aufmerksam gemacht, das ein Drehgeschwindigkeitssteuersystem mit geschlossener Schleife bzw. -regelsystem für eine primäre Bewegungsvorrichtung eines elektrischen Generators betrifft. Gemäß dieser Druckschrift öffnet sich ein Ventil als Ergebnis eines Erhöhens einer eingestellten bzw. gesetzten Drehgeschwindigkeit der Turbine. Demzufolge wird das Timing bzw. die Zeitsteuerung des gewaltsamen bzw. zwangsweisen Öffnens des Ventils verzögert von dem Zeitpunkt, wenn der Ladungslastbefehl erzeugt wird.
• Eine bekannte Zwei-Wellengasturbine verwendet eine Kompressorantriebswelle, die mit einer Kompressorantriebsturbine verbunden ist zum Antrieb eines Kompressors und eine Lastantriebswelle, die mit einer Ausgangsturbine verbunden ist zum Antrieb eines Generators, der eine Last der Turbine ist, wobei diese Wellen unabhängig angetrieben werden. Eine derartige Zwei-Wellengasturbine inkorporiert gewöhnlicherweise eine Regler- bzw. Kontrollvorrichtung, insbesondere eine Fliehkraftregelungsvorrichtung, als Drehzahlstabilisierungsmittel. Die Regelungsvorrichtung ist so konstruiert, daß sie auf ein Drehgeschwindigkeitssignal anspricht, das eine Drehgeschwindigkeit der Lastantriebswelle darstellt und ein Treibstoffventil öffnet, und zwar in einem geeigneten Maß, wenn die Drehgeschwindigkeit der Lastantriebswelle verringert wird, um den Betrag des Verbrennungsgases zu erhöhen, der an die Turbine von bzw. aus einer Verbrennungsvorrichtung geliefert wird, wodurch eine Erhöhung der Drehzahl der Turbine verursacht wird, während, wenn die Drehgeschwindigkeit der Lastantriebswelle erhöht wird, sie das Treibstoffventil in einem geeigneten Maß schließt, um den Betrag des Verbrennungsgases zu verringern, wodurch eine Abnahme in der Drehgeschwindigkeit der Turbine verursacht wird. Auf diese Weise kann die Regelungvorrichtung eine Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Generators, die von einer Veränderung der elektrischen Last, die an einem Ausgang des Generators verbunden werden soll, stabilisieren und folglich kann die Ausgangsfrequenz des Generators stabilisiert werden.
• Gemäß dem Generator, der von der Zwei-Wellenturbine angetrieben wird, die mit einer Drehzahlstabilisierungsvorrichtung versehen ist, die die oben erwähnte herkömmliche Regelungsvorrichtung aufweist, wird, da die Kompressorantriebswelle im Prinzip unabhängig von der Lastantriebswelle ist, falls eine Grundlast, die normalerweise an den Generator beladen wird, leicht ist, der Kompressor, der durch die Kompressorantriebswelle angetrieben wird, dazu veranlaßt, bei einer Drehzahl zu rotieren bzw. sich zu drehen, die viel geringer als die der Ausgangsturbine für den Generator, der durch die Lastantriebswelle angetrieben wird, ist, wobei dessen Drehgeschwindigkeit direkt durch die Regelungsvorrichtung reguliert wird, so daß die Drehgeschwindigkeit des Generators bei einem Niveau aufrechterhalten wird, das gleich dem des Generators ist, der mit einer Nennlast beladen ist, wodurch ein hochwirksamer Betrieb zu der Zeit der leichten Belastung sicher gestellt werden kann.
• Umgekehrt, wenn ein großer Betrag von Last zusätzlich zu der leichten Grundlast beladen wird, wird die Regelungsvorrichtung aktiviert zum Regulieren der Drehzahl ansprechend auf die Verringerung der Drehgeschwindigkeit der Lastantriebswelle. In diesem Fall, da der Kompressor bei einer geringen Geschwindigkeit gedreht wird und wenig Luft aus dem Kompressor an die Verbrennungsvorrichtung geliefert wird, sogar wenn das Treibstoffventil schnell geöffnet wird, wird das Verbrennungsgas nicht aktiv aus der Verbrennungsvorrichtung so schnell geliefert. Somit kann die Drehgeschwindigkeit der Lastantriebswelle nicht unmittelbar auf die frühere, höhere Drehzahl zurückgeführt werden und als eine Folge kann ein durch die Lastbeladung hervorgerufener Abfall in der Drehgeschwindigkeit zu der Zeit der Hochlastbeladung verursacht werden.
• Es sei bemerkt, daß man, um dieses Lastladungsabfallproblem zu lösen, eine Einzel-Wellengasturbine verwenden kann, die geeignet ist, einen Kompressor und einen Generator anzutreiben, und zwar mit einer Welle. Gemäß der Einzelwellengasturbine, da der Kompressor durch dieselbe Antriebswelle angetrieben wird, deren Drehgeschwindigkeit auf eine konstante und feste Geschwindigkeit geregelt wird, sogar gegen eine leichte Grundlast, und folglich der Kompressor nicht bei einer verringerten Drehgeschwindigkeit zu der Zeit einer leichten Belastung sich drehen wird, ein unmittlbares Ansprechen des Kompressors gesichert werden kann, und kein oder wenig Lastladungsabfall erfahren werden wird. Jedoch im Gegenteil kann eine hohe Effizienz unter einer leichten Grundlast oder einer Teillastbeladung nicht antizipiert werden. Angesichts der widersprüchlichen Probleme hinsichtlich des unmittelbaren Ansprechens und der hohen Effizienz im Hinblick auf die Zwei-Wellengasturbine und die Einzel-Wellengasturbine gibt es das Erfordernis für eine Drehzahlstabilisierungsvorrichtung für eine Zwei-Wellengasturbine, die fähig ist, gleichzeitig beide der oben genannten Probleme zu lösen.
• Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Geschwindigkeits- -bzw. Drehzahlstabilisierungsvorrichtung vorzusehen, und zwar zur Verwendung in einer Zwei-Wellengasturbine, die einen Lastladungsabfall vermeidet, sogar wenn eine übermäßige Last auf einer leichten normalen Grundlast beladen wird.
• Dieses Ziel wird erreicht durch eine Stabilisierungsvorrichtung für eine Zwei-Wellengasturbine, die folgendes aufweist: Mittel zum Verzögerungsladen von Lasten, um vorbestimmte Zeitdauern, wenn Lastbeladungsbefehlssignale für die entsprechenden Ladungslasten erzeugt werden und Mittel zum Liefern eines Signales an eine Regelungsvorrichtung zum zwangsweisen und vollständigen Öffnen eines Treibstoffventils, und zwar für eine vorbestimmte Periode ansprechend auf die Erzeugung des entsprechenden Lastladungsbefehlssignals.
• In der Zeichnung zeigt:
• Fig. 1 in einer Blockdiagrammform ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2(A)-2(G) Wellenformen von Signalen an den wesentlichen Teilen des in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;
• Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 4 ein Blockdiagramm, das den internen Aufbau der Lastladungsabfallbeschränkungseinheit B' in dem in der Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
• Fig. 5(A)-5(G) Wellenformen von Signalen bei den wesentlichen Teilen in der Abfallbeschränkungseinheit B', die in Fig. 4 gezeigt ist;
• Fig. 6 ein charakteristisches Diagramm bzw. Kennliniendiagramm, das ein Entscheidungskriterium zeigt, und zwar im Hinblick auf einen Signalvergleichsbetrieb zum Entscheiden, ob oder ob nicht ein Treibstoffventil zwangsweise und vollständig geöffnet werden soll, wenn eine Last zusätzlich beladen wird; und
• Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist in Blockform ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gezeigt. In Fig. 1 ist eine Zwei-Wellengasturbineneinheit A vorgesehen, und zwar mit einer Lastantriebswelle 3, die mit einer Ausgangsturbine 1 verbunden ist zum Antreiben eines Generators 2 als eine Last der Turbine 1 und mit einer Kompressorantriebswelle 6, die mit einer Kompressorantriebsturbine 4 verbunden ist, um einen Kompressor 5 anzutreiben. Diese Wellen 3 und 6 werden unabhängig voneinander gedreht, und zwar durch die entsprechenden Turbinen 1 und 4. Eine Verbrennungsvorrichtung 7, die in der Turbineneinheit A inkorporiert ist, und zwar benachbart zu der Kompressorantriebsturbine 4, wird mit Luft aus dem Kompressor 5 versorgt und liefert ein Verbrennungsgas an die Ausgangsturbine 1 durch die Kompressorantriebsturbine 4. Die Lastantriebswelle 3 ist ebenfalls mit einem Drehgeschwindigkeitsdetektionsmodul 8, wie zum Beispiel ein Tacho-Generator, der mit dem Generator 2 angetrieben wird, einer elektro-magnetischen Pick-up (Spule) oder dergleichen verbunden.
• Das Drehgeschwindigkeitsdetektionsmodul 8 detektiert eine Drehgeschwindigkeit der Lastantriebswelle 3 und sieht ein Drehgeschwindigkeitssignal S&sub1; für eine Regelungs- bzw. Regler- bzw. Kontrollvorrichtung 9 vor. Die Regelungsvorrichtung 9 liefert ihrerseits ein Normalventilsteuersignal S&sub2; an ein Treibstoffventil 11, und zwar ansprechend auf das empfangene Signal S&sub1; oder die Drehgeschwindigkeit der Welle 3. Das Ventil ist an einer Treibstoffversorgungsleitung 10 angeordnet, die sich zu der Verbrennungsvorrichtung 7 erstreckt und wird gesteuert, geöffnet und geschlossen zu werden, und zwar in geeignetem Ausmaß, gemäß dem Ventilsteuersignal S&sub2;.
• In der Einheit A wird die Verbrennungsvorrichtung 7 mit Luft aus dem Kompressor 5 versorgt und der Treibstoff, der über das Treibstoffversorgungsrohr bzw. -leitung 10 geliefert wurde, wird darin verbrannt, wodurch das Verbrennungsgas durch die Kompressorantriebsturbine 4 an die Ausgangsturbine 1 geliefert wird. Auf diese Weise werden der Generator 2 und der Kompressor 5 durch die zwei unabhängigen Antriebswellen 3 und 6 bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten angetrieben.
• In diesem Beispiel, wenn die Drehgeschwindigkeit des Generators 2 verringert wird, und zwar auf Grund der Zunahme der elektrischen Beladungslasten, wird das Drehgeschwindigkeitssignal S&sub1; aus dem Tacho-Generator 8 entsprechend verringert werden, so daß die Regelungsvorrichtung 9 ansprechend darauf, das Ventilsteuersignal S&sub2; ausgeben wird, und zwar um zu veranlassen, daß das Treibstoffventil 11 geöffnet wird. Demzufolge kann das frühere Niveau bzw. der frühere Pegel der Drehgeschwindigkeit des Generators 2 wieder hergestellt werden. Umgekehrt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Generators 2 erhöht wird, und zwar auf Grund einer Verringerung der elektrischen Beladungslasten wird ein Betrieb, der umgekehrt zu dem oben beschriebenen Betrieb ist, ausgeführt, um die Drehgeschwindigkeit des Generators 2 auf das frühere Niveau wiederherzustellen. Demzufolge kann die Drehgeschwindigkeit des Generators 2 stabilisiert werden.
• Die oben erwähnte Zwei-Wellengasturbineneinheit A mit der Regelungsvorrichtung 9 und ihre Zusammenarbeit sind bekannt.
• In Fig. 1 weist eine Last(be)ladungsabfallbeschränkungseinheit B monostabile Multivibratoren 12 und 16 als Lastladungsverzögerungsmittel auf, deren Eingangsanschlüsse verbunden sind, und zwar zum Empfangen von Signalen S&sub4; und S&sub5;, die erzeugt werden durch das Anschalten der Lastladungsbefehlsschalter SW1 und SW2, de R-S FlipFlops 13 und 17, deren Einstell- bzw. Setzanschlüsse (S) entsprechend verbunden sind, und zwar zum Empfangen der Ausgangssignale S&sub8; und S&sub9; von den Multivibratoren 12 und 16 und deren Rücksetz- bzw. Resetanschlüsse (R) entsprechend verbunden sind zum Empfangen der Signale S&sub6; und S&sub7;, die durch das Andrehen bzw. Anschalten des Lastfreigabebefehlsschalter SW'1 und SW'2 erzeugt werden und Relais 15 und 19, die verbunden sind, um Ausgangssignale von dem Ausgangsanschlüssen (Q) mit positiver Phase der Flip- Flops 13 und 17 durch Pufferverstärker 14 und 18 zu empfangen. Der Multivibrator 12, das Flip-Flip 13 und das Relais 15 bilden die Lastladungsverzögerungsmittel für die Ladungslast LX, während der Multivibrator 16, das Flip-Flop 17 und das Relais 19 die Lastladungsverzögerungsmittel für die Ladungslast LY bilden.
• Die Relais 15 und 19 besitzen Schließkontakte oder normalerweise offene Kontakte 15a und 19a, die zwischen einem Ausgangsbus 23 des Generators 2 und der Ladungslasten LX und LY verbunden sind.
• Die Abfallbeschränkungseinheit B schließt weiter einen monostabilen Multivibrator 22 als Ventilzwangsöffnungsbefehlmittel ein, der Trigger- bzw. Auslösungssignale durch die Kondensatoren 20 und 21 empfängt, wenn die entsprechenden Schalter SW1 und SW2 geschlossen sind, und ein Ventilzwangsöffnungsbefehlssignal S&sub1;&sub0; ausgibt, und zwar um den Steueranschluß 9a der Regelungsmittel 9 zu unterbrechen.
• In dieser verkörperten Einheit B werden die Multivibratoren 12, 16 und 22 an den fallenden Flanken ihrer Eingangspulse ausgelöst bzw. getriggert und ihre Ausgangssignale S&sub8;, S&sub9; und S&sub1;&sub0; verändern dann die Signalniveaus bzw. -pegel für die Zeitperioden T1X, T1Y und T2. Die Flip-Flops 13 und 17 werden an den steigenden Flanken ihrer Eingangsssignale getriggert.
• Der Betrieb der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird als nächstes unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erklärt.
• Unter der Annahme, daß beide Beladungslasten LX und LY entfernt wurden bzw. die Verbindung unterbrochen wurde, da die Schalter SW1, SW2, SW'1 und SW'2 normalerweise offene Typen sind, sind die Pegel der Signale S&sub4; bis S&sub7; normalerweise hoch.
• Wenn der Schalter SW1 angeschalten wird, (t = tO), wird das Signal S&sub4;, das Masseniveau, wie in Fig. 2(A) gezeigt ist, und dadurch wird der Multivibrator 12 in den metastabilen Zustand verändert, so daß sein Ausgangssignal S&sub8; auf ein niedriges Niveau, wie in Fig. 2(B) gezeigt ist, fällt. Wenn die Zeitdauer T1X, die an dem Multivibrator 12 eingestellt ist, um eine Verzögerungszeit für die Verzögerungsladung der Last LX zu stipulieren bzw. auszulösen, vergangen ist (t = t&sub1;), kehrt der Multivibrator 12 wieder in den stabilen Zustand zurück und seinerseits wird das Flip-Flop 13, das bis zu dieser Zeit bei einem niedrigen Niveau war, eingestellt, um den hohen Pegel bzw. Niveau des Q-Anschlusses auszugeben. Dieses Hochniveausignal wird dann durch den Pufferverstärker 14 verstärkt, wodurch das Relais 15 zu der Zeit t&sub1; mit Energie versorgt wird, um den Schließkontakt 15a zu schließen. Demzufolge wird die Last LX mit dem Bus 23 verbunden, um mit Leistung aus dem Generator 2 versorgt zu werden.
• Zu der Zeit t = tO empfängt der Multivibrator 22 ebenfalls durch den Kondensator 20 einen Triggerpuls, der durch den Betrieb des Schalters SW1 erzeugt wird, um sein Ausgangssignal S&sub1;&sub0; auf den Hochpegel während der Zeitperiode T2 zu verändern, der darauf eingestellt war, und ist länger als die Zeitperiode T1X, die an dem Multivibrator 12 eingestellt wurde, wie in Fig. 2(G) gezeigt ist. Das Hochpegelsignal von dem Multivibrator 22 wird dann an den Unterbrechungssteueranschluß 9a der Regelungsmittel 9 geliefert, wodurch die Regelungsvorrichtung 9 vorzugsweise ein Zwangsöffnungsventilsteuersignal 53 an das Treibstoffventil 11 liefert, und zwar während der Zeitperiode T2 durch Unterbrechen des Normalventilsteuersignals S&sub2;. In anderen Worten wird das Zwangsöffnungsventilsignal direkt durch die Regelungsmittel 9 an das Treibstoffventil 11 geliefert, wodurch das Ventil 11 in einem vollständig geöffneten Zustand während der gesamten Zeitperiode T2 (von tO bis t&sub2;) gehalten wird.
• Schließlich, falls die Ladungslast LX beladen werden soll, wird die Last LX zu der Zeit geladen, die durch die Zeitdauer T1X verzögert wurde, und zwar folgend auf den Befehlsbetrieb für die Lastbeladung und das Treibstoffventil wird in dem vollständig geöffneten Zustand gehalten, und zwar während der Zeitdauer T2, die länger als die Zeitdauer T1X ist. Demzufolge, da die Last LX nach der Kompressorantriebsturbine 4 beladen wird und folglich der Kompressor 5 eine adäquate Drehgeschwindigkeit erreicht hat, und zwar auf Grund des Gases, das von der Verbrennungsvorrichtung 7 geliefert wurde, die durch den Treibstoff, der durch das vollständig geöffnete Treibstoffventil 11 während der Lastladungsverzögerungszeitperiode T1X geliefert wurde, aktiviert wird, und das Treibstoffventil 11 kontinuierlich in dem vollständig geöffneten Zustand für die Zeitperiode (= T2 - T1X), nachdem die Last LX beladen wurde, gehalten wird, kann der Abfall der Drehgeschwindigkeit des Generators zu der Zeit oder unmittelbar nach Beladen der Last beschränkt werden.
• Wenn der Betriebsschalter SW2 angeschaltet wird (t = t&sub3;), um die Last LY zu beladen, wird das Befehlssignal S&sub5; an den Multivibrator 16, wie in Fig. 2(D) gezeigt ist, geliefert. Nach dem Vergehen der Periode T1Y, zu der Zeit t = t&sub4;, wird das Flip-Flop 17 umgekehrt, und zwar bezüglich dem bzw. auf den gesetzten Zustand durch das Signal S&sub9; vom Multivibrator 16, das in der Fig. 2(E) gezeigt ist, und zwar zum Ausgeben des Hochpegelsignals, so daß das Relais 19 aktiviert wird, und zwar zum Verbinden der Last LY mit dem Ausgangsbus 23 des Generators 2 über den Schließkontakt 19a.
• Zu der Zeit t = t&sub3; empfängt der Multivibrator 22, der zu dem normalen Zustand bei t = t&sub2; zurückgekehrt ist, einen Triggerpuls von dem Schalter SW2 durch den Kondensator 21, um das Ausgangssignal S&sub1;&sub0; auf hoch zu verändern und um den hohen Pegel während der Zeitperiode T2, wie in Fig. 2(G) gezeigt ist, aufrechtzuerhalten. Demzufolge wird auf eine ähnliche Art, wie in dem Fall der Beladung der Last LX das Zwangsöffnungsventilsignal S&sub3; an das Ventil 11 geliefert, um es erneut von t&sub3; bis t&sub5; zu öffnen.
• In dem obigen Zustand, wenn der Lastfreigabesschalter SW'1 oder SW'2 momentan bzw. kurzzeitig angeschalten wird, wird das Lastfreigabebefehlssignal S&sub6; oder S&sub7; an den Rücksetz/Reset-Anschluß (R) des Flip-Flops 13 oder 17 geliefert, um seinen Ausgang auf den niedrigen Pegel zu ändern. Dem Relais 15 oder 19 wird folglich die Energie entzogen und dann kommt die Last LX oder LY aus dem Eingriff mit dem Leistungsversorgungsbus 23.
• Fig. 3 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung dar, wobei ein Grundlastmeßsensor 24 und zwei Potentiometer 28 und 29 zusätzlich in das in der Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel inkorporiert sind und der Aufbau der Lastladungsabfallbeschränkungseinheit B' ist verschieden von dem der Einheit B des ersten Ausführungsbeispiels. Die anderen Elemente sind dieselben, wie die durch dieselben Symbole in Fig. 1 bezeichneten. Der Grundlastmeßsensor 24 umfaßt einen Stromwandler bzw. -transformator und einen Stromdetektor, um einen Strom zu detektieren, der durch den Ausgangsbus 23 fließt und liefert ein Ausgangssignal S&sub1;&sub1; entsprechend dem detektierten laufenden Wert bzw. Stromwert der Grundlast, und zwar die Einheit B'. Die Potentiometer 28 und 29 sind jeweils auf die vorbestimmten Ausgangsbezugsspannungen Vref1 und Vref2 eingestellt und diese Spannungen werden an die Abfallbeschränkungseinheit B' geliefert. Diese Spannungen werden eingestellt, und zwar gemäß den Lastwerten der Beladungslasten LX und LY.
• Fig. 4 zeigt einen internen Aufbau der Einheit B', wobei dieselben Elemente wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden. In dieser Einheit B' wird eine Signalkonditionierungsschaltung (CON. = conditioning) 25 verbunden, um das Signal S&sub1;&sub1; zu empfangen, das von dem Grundlastmeßsensor 24 ausgegeben wird und liefert ein Ausgangssignal S"&sub1;&sub1; an die Eingangsanschlüsse der Komparatoren 26 und 27, deren andere Eingangsanschlüsse jeweils mit den Bezugs- bzw. Referenzspannungen Vref1 und Vref2 von den Potentiometern 28 und 29 versorgt werden.
• Die Ausgangsanschlüsse der Komparatoren sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen der NAND-Gatter 30 und 31 verbunden, deren andere Eingangsanschlüsse mit den Lastbeladungsbefehlsschaltern SW1 und SW2 durch Invertierer 32 bzw. 33 verbunden sind und deren Ausgangsanschlüsse mit dem Multivibrator 22 über die entsprechenden Kondensatoren 20 und 21 verbunden sind.
• Der Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 beschrieben werden.
• In einer dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlichen Art, wenn der Schalter SW1 oder SW2 momentan bzw. kurzzeitig geschlossen wird, wird die Last LX oder LY mit Leistung versorgt, und zwar von dem Generator 2 durch den Bus 23 nach der Zeitdauer T1X oder T1Y, und wenn der Schalter SW'1 oder SW'2 angeschaltet wird, wird die Last LX oder LY unmittelbar von dem Bus 23 getrennt.
• In dem Fall, daß der Schalter SW1 geschlossen ist, wird das Niedrigpegelsignal 54 durch den Invertierer 32 invertiert und dann empfängt das NAND-Gatter 30 das Hochpegelsignal von dem Invertierer, wodurch das Gatter 30 umgekehrt ein Signal S&sub1;&sub2; von dem Komparator 26 übertragen kann, und zwar nur wenn der Schalter SW1 geschlossen ist. Das Potentiometer 28 wurde eingestellt, um die Bezugsspannung Vref1 vorzusehen, um dem Widerstandswert der Last oder eines dazu proportionalen Wertes (typischerweise der Rate bzw. Verhältnis (%) des Widerstandswertes der Last LX zu den Summenwiderstandswert der gesamten Lasten, die mit dem Bus 23 verbunden werden sollen) zu entsprechen, während die Signalkonditionierungsschaltung 25 das Signal S"&sub1;&sub1; mit einer DC-Spannung (Gleichspannung), die dem Widerstandswert der Grundlast oder eines Wertes proportional dazu (typischerweise der Rate bzw. Verhältnis (%) des Widerstandswerts der Grundlast zu dem Summenwiderstandswert der gesamten Lasten) entspricht, erzeugt, und zwar erhalten durch Signalkonditionierung des Signals S&sub1;&sub1;, das von dem Grundlastmeßsensor 24 ausgegeben wird.
• Der Pegel des Signals S"&sub1;&sub1;, das von der Schaltung 25 erzeugt wurde, wird mit der Bezugsspannung Vref1 bei dem Komparator 26 verglichen und falls die letztere (Vref1) größer als die erstere (S"&sub1;&sub1;) ist, d. h. die Beladungslast beträchtlich größer als die normale Grundlast ist, und zwar in Bezug auf ihre Widerstandswerte, ist das Signal S&sub1;&sub2;, das von dem Komparator 26 ausgegeben wird, der hohe Pegel. Das NAND-Gatter 30, das ebenfalls das Hochpegelsignal von dem Invertierer 32 bei t = tO empfängt, gibt dann ein Signal S'&sub4; aus, das den niedrigen Pegel (nicht gezeigt in Fig. 5(C)) besitzt, an den Multivibrator 22 durch den Kondensator 20, wodurch der Vibrator 22 sein Ausgangssignal S&sub1;&sub0; nach hoch verändert während der Zeitperiode T2. Demzufolge wird das Zwangsöffnungsventilsteuersignal S&sub3; direkt durch die Regelungsvorrichtung 9 für das Ventil 11 vorgesehen, um es vollständig zu öffnen, und zwar in einer dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlichen Art.
• Umgekehrt, falls die Bezugsspannung Vref1 kleiner als das Signal S"&sub1;&sub1; ist, ist das Signal S&sub1;&sub2;, das von dem Komparator 26 ausgegeben wird, niedrig und dann hält das NAND- Gatter 30 den hohen Pegel des Signals S'&sub4; wie in Fig. 5(C) gezeigt ist, aufrecht, sogar wenn der Schalter SW1 bei t = tO geschlossen ist. Deshalb wird der Multivibrator 22 nicht getriggert und folglich wird das Zwangsöffnungsventilsteuersignal S&sub3; nicht durch die Regelungsvorrichtung 9 an das Ventil 11 geliefert.
• Ähnlich, wenn der Befehlsschalter SW2 kurzzeitig wie in Fig. 5(D) gezeigt ist, geschlossen wird, und nur wenn das Signal S"&sub1;&sub1;, das von der Konditionierungsschaltung 25 erzeugt wurde, kleiner als die Bezugspannung Vref2 ist, die an dem Potentiometer 29 eingestellt wird, wird das Zwangsöffnungsventilsignal 53 direkt durch die Regelungsvorrichtung 9 an das Ventil während der Zeitperiode T2, die die metastabile Zeitperiode des Multivibrators 22 (gezeigt in Fig. 5(G)) ist, vorgesehen bzw. geliefert.
• Fig. 6 stellt einen Graph dar, der ein Kriterium zeigt, um den Signalvergleichsbetrieb bezüglich der Grundlastrate bzw. -geschwindigkeit bzw. -verhältnis (%) und der Ladungslastrate bzw. -geschwindigkeit bzw. -verhältnis (%) zu entscheiden, zeigt. In dem Graphen stellt die Abszisse das erstere und die Ordinate letzteres dar.
• In dem Graph unter der Annahme, daß die Grundlastrate 27 % ist, wie durch die Hilfslinie a in der vertikalen Richtung angezeigt wird, wird die kritische Beladungslastrate, bei der das Ventil zwangsweise geöffnet werden sollte, 53 %, wie durch die laterale Hilfslinie b angezeigt wird. Demzufolge werden die Kombinationen der Grundlastrate und der Beladungslastrate, die die Fläche A in dem Graph definieren, die Drehgeschwindigkeit stabilisieren müssen, und zwar durch zwangsweises Öffnen des Treibstoffventils, während die Kombinationen davon, die die Fläche B in dem Graph definieren, vermutlich einen leichten Abfall auf Grund der Lastbeladung verursachen und somit kann ein normaler Regelungsbetrieb eine stabile Drehzahl bzw. Geschwindigkeit vorsehen, und zwar ohne Anlegen der Zwangsöffnungsventilmittel.
• Obwohl die Grenzlinie zwischen den Flächen A und B unterschiedlich sein kann, abhängig von den einzelnen Situationen, kann eine erforderliche Grenzlinie auf ein vernünftiges Ausmaß realisiert werden, und zwar durch Einstellen der Bezugsspannungen an den Potentiometern 28 und 29 gemäß derartigen Situationen.
• Fig. 7 zeigt ein zu dem zweiten, in Fig. 3 gezeigten, Ausführungsbeispiel alternatives Ausführungsbeispiel. In diesem dritten Ausführungsbeispiel wird anstelle des Grundlastmeßsensors 24 ein Kompressordrehgeschwindigkeitsmeßsensor 24' zum Detektieren der Drehgeschwindigkeit des Kompressors 5 an die Drehwelle 5 zum Antrieb des Kompressors angelegt. Weiter werden in diesem Ausführungsbeispiel die Potentiometer 28 und 29 auf spezifizierte konstante Werte eingestellt, und zwar entsprechend den Schwellendrehgeschwindigkeiten des Kompressors für die jeweiligen Ladungslasten anstelle des Ladungslastwerts oder seines entsprechenden Werts, wie sie in dem zweiten Ausführungsbeispiel eingestellt wurden. Demzufolge, solange der Kompressor 5 bei einer niedrigen Drehgeschwindigkeit unter der spezifizierten Schwellendrehgeschwindigkeit mit einer leichten Lastbeladung angetrieben wird, kann der Generator 2 durch zwangsweises bzw. kraftvolles Öffnen des Treibstoffventils 11 stabilisiert werden.
• In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, da die monostabilen Multivibratoren 12, 16 und 22 als Zeitdauersignalerzeugungsmittel verwendet werden, ist es offensichtlich, irgendwelche andere Schaltungen, zum Beispiel Verzögerungsschaltungen, die betrieben werden zum Ausgeben derartiger Signale ansprechend auf irgendwelche Triggersignale, zu verwenden.
• Nachdem die spezifischen Ausführungsbeispiele unseres Lagers beschrieben wurden, ist eine Modifikation und Variation unserer Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wie er durch die Patentansprüche definiert wird, möglich.

Claims (8)

1. Eine Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlstabilisierungsvorrichtung zum Stabilisieren einer Drehgeschwindigkeit eines Zweiwellengasturbinensystems (A), das folgendes aufweist:

einen Generator (2), der mit mindestens einer beladenden Last (LX, LY) verbindbar ist, eine Lastantriebswelle (3) gekuppelt mit einer Ausgangsturbine (1) zum Antrieb des Generators (2), einen Kompressor (5), eine Kompressorantriebswelle (6) gekuppelt mit der Kompressorantriebsturbine (4) zum Drehen des Kompressors (5) und eine Verbrennungsvorrichtung (7), geeignet mit Treibstoff versorgt zu werden, und zwar durch eine Treibstoffleitung (10), die ein Treibstoffventil (11) aufweist, und mit Luft vom Kompressor (5), um Treibstoffgas über die Kompressorantriebsturbine (4) an die Ausgangsturbine (1) zu liefern; wobei die Drehzahlstabilisierungsvorrichtung folgendes aufweist:

(a) Drehgeschwindigkeitsdetektionsmittel (8) zum Detektieren einer Dreh- bzw. Rotationsgeschwindigkeit der Lastantriebswelle (3) zum Liefern eines Drehgeschwindigkeitssignals (S&sub1;);

(b) Regler- bzw. Kontrollmittel (9) ansprechend auf das Drehgeschwindigkeitssignal (S&sub1;) zum Stabilisieren der Drehgeschwindigkeit durch das Öffnen des Treibstoffventils (11), wenn die Drehgeschwindigkeit verringert wird und durch Schließen des Treibstoffventils (11), wenn die Drehgeschwindigkeit erhöht wird; und

(c) Lastbeladungsabfallbeschränkungsmittel bzw. Beschränkungsmittel für einen durch Lastbeladung hervorgerufenen Abfall (B, B') zum Beschränken einer Lastbeladungsabfalls, die folgendes aufweisen:

Verzögerungsmittel (12, 16) zum Liefern mindestens eines Signals (S&sub8;, S&sub9;) nach einer ersten vorbestimmten Zeitperiode, wenn mindestens ein Lastbeladungsbefehl (S&sub4;, S&sub5;) erzeugt wird;

Ladungslastverbindungsmittel (13-15, 17-19) ansprechend auf das Signal (S&sub8;, S&sub9;) aus den Verzögerungsmitteln (12, 16) zum Verbinden der Beladungslast (LX, LY) mit dem Generator (2) und ansprechend auf den mindestens einen Lastlösungsbefehl (S&sub6;, S&sub7;) zum Lösen bzw. Freigeben der Ladungslast (LX, LY) aus dem Generator (2); und

Zwangsöffnungsventilmittel (22) zum zwangsweisen bzw. kraftvollen Öffnen des Treibstoffventils (11) während einer zweiten vorbestimmten Zeitperiode ansprechend auf den Lastbeladungsbefehl (S&sub4;, S&sub5;);

wobei die Drehzahlstabilisierungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zwangsöffnungsventilmittel (22) mit den Reglermitteln (9) verbunden sind, und zwar zum Unterbrechen eines Normalventilsteuersignals (S&sub2;) aus den Reglermitteln und zum Liefern eines Zwangsöffnungsventilsignals (S&sub3;) zum vollständigen Öffnen des Treibstoffventils (11) unmittelbar, wenn der Lastladungsbefehl (S&sub4;, S&sub5;) erzeugt wird.

2. Drehzahlstabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lastladungsabfallbeschränkungsmittel (B') weiter folgenden aufweisen:

Grundlastmessungsmittel (24) zum Messen eines Grundlastwerts auf der Grundlage einer Ausgangsgröße des Generators (2) zum Liefern eines Grundlastsignals (S&sub1;&sub1; in den Fig. 3 und 4), das den Grundlastwert repräsentiert;

Ladungslastvoreinstellungsmittel (28, 29 in Fig. 3) zum Erzeugen von mindestens eines voreingestellten Ladungslastsignals, das proportional den Wert der Ladungslast (LX, LY) darstellt; und

Zwangsöffnungsventilsteuermittel (26, 27, 30-33), um die Zwangsöffnungsventilmittel (22) zu hindern, die normalen Öffnungsventilsteuersignale (S&sub2;) aus den Reglermitteln (9) zu unterbrechen, wenn das voreingestellte Ladungslastsignal kleiner als das Grundlastsignal (S&sub1;&sub1;) ist, und sogar, wenn der Lastladungsbefehl erzeugt wird.

3. Drehzahlstabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lastladungsabfallbeschränkungsmittel (B') weiter folgendes aufweisen:

Voreinstellungsmittel (28, 29 in Fig. 7) zum Erzeugen von mindestens einem Voreinstellungsgeschwindigkeitssignal, das eine Drehgeschwindigkeit des Kompressors (5) repräsentiert, und zwar entsprechend dem Wert der Ladungslast (LX, LY);

zweite Drehgeschwindigkeitsdetektionsmittel (24'), und zwar gekuppelt mit dem Kompressor (5) zum Erzeugen eines Kompressordrehgeschwindigkeitssignals (S'&sub1;&sub1; in Fig. 7), und

Zwangsöffnungsventilsteuermittel (26, 27, 30-33), um die Zwangsöffnungsventilmittel (22) zu hindern, das normale Öffnungsventilsteuersignal (53 ) von den Reglermitteln (9) zu unterbrechen, wenn das voreingestellte Geschwindigkeitssignal kleiner als das Kompressordrehgeschwindigkeitssignal ist, und sogar wenn der Lastladungsbefehl erzeugt wird.

4. Drehzahlstabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Zwangsöffnungsventilsteuermittel folgendes aufweisen: mindestens einen Komparator (26, 27) zum Vergleichen des voreingestellten Ladungslastsignals mit dem Grundlastsignal (S&sub1;&sub1;) und mindestens eine Logikgatterschaltung (30 und 32, 31 und 33) ansprechend auf die Ausgangsgröße des Komparators, und zwar um den Lastladungsbefehl (S&sub4;, S&sub5;) daran zu hindern, zu den Zwangsöffnungsventilmitteln (22) zu laufen, wenn das voreingestellte Ladungslastsignal kleiner als das Grundlastsignal ist.

5. Drehzahlstabilisierungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Zwangsöffnungsventilsteuermittel folgendes aufweisen: mindestens einen Komparator (26, 27) zum Vergleichen des voreingestellten Geschwindigkeitssignals mit dem Kompressordrehgeschwindigkeitssignal (S'&sub1;&sub1;) und mindestens eine Logikgatterschaltung (30 und 32, 31 und 33) ansprechend auf die Ausgangsgröße des Komparators, um den Lastladungsbefehl (S&sub4;, S&sub5;) daran zu hindern, zu den Zwangsöffnungsventilmitteln (22) zu laufen, wenn das voreingestellte Geschwindigkeitssignal kleiner als das Kompressordrehgeschwindigkeitssignal ist.

6. Drehzahlstabilisierungvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Verzögerungsmittel (12, 16) mindestens einen monostabilen Multivibrator, der in einem metastabilen Zustand für die erste vorbestimmte Zeitperiode bleibt, aufweisen.

7. Drehzahlstabilisierungvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Ladungslastverbindungsmittel folgendes aufweisen:

mindestens ein Flip-Flop (13, 17), und zwar verbunden zum Empfang der Ausgangsgröße des monostabilen Multivibrators und zum Empfangen des Lastlösungsbefehls (S&sub6;, S&sub7;), und

mindestens ein Schaltmittel (15, 15a, 19 und 19a), und zwar verbunden zum Empfangen der Ausgangsgröße des Flip-Flops zum Verbinden/Lösen der Ladungslast (LX, LY) mit/von dem Generator (2).

8. Drehzahlstabililsierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Zwangsöffnungsventilmittel (22) einen monostabilen Multivibrator, der in einem metastabilen Zustand für die zweite vorbestimmte Zeitperiode bleibt, aufweisen.