DE714532C - Einrichtung an Gasturbinenanlagen - Google Patents

Description

• Einrichtung an Gasturbinenanlagen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gasturbinenanlagen z. B. zur Erzeugung von mechanischer oder elektrischer Energie oder zur Lieferung von Druckluft zur Aufladung von Brennkraftmaschinen oderhochgespannter Brennluft: oder anderer Gase für Druckfeuerungen -oder chemische Arbeitsverfahren. Solche Gasturbinenanlagen bestehen aus -einer Gasturbine und einem von der Gasturbine angetriebenen Verdichter. Das Treibmittel der Gasturbine ist der Stoff, der im Verdichter auf Druck gebracht wurde und dann der Gasturbine entweder unmittelbar oder als Abgas nach Durchführung eines Arbeits- oder H.eizvorganges zugeführt wird. Ur# #dieWirtschaftlichkeit oder die Wirksamkeit !derartiger Aufladeverfahren zu erhöhen, sind verhältnismäßig hohe Drücke (i bis-3 Atrn. und darüber) anzuwenden. Die Verdichter müssen also hohe Drücke erzeugen, die Gasturbine große Gefälle verarbeiten können. Da es sich meist auch um große Gasniengen handelt, kommen nur Kreiselmaschinen. in Betracht. Das Zusammenarbeiten von Kreiselverdichtern und Turbinen, die sowohl mechanisch als auch gasseitig verkuppelt sind, ist für einen bestimmten Betricbspunkt, also z.B. für eine bestimmte Fördermenge, einen bestimmten Druck und leine bestimmte Drehzahl auf Grund der bisherigen Erfahrungen in der Berechnung derartiger Maschinen gut erreichbar. Das Zusammenarbeiten kann aber ersch-,vert werden, wenn z. B. bei Teillasten, bei Änderungen des Druckes oder der Temperaturen usw. eine der Kenngrößen verändert wird. Man ist dann gezwungen, besondere Regelungen vorzunehmen, um Verdichter und Gasturbine oder beide gleichzeitig den veränderten Betriebsbedingungenanzupassen. Als solche Regelvorrichtungen kommen verstellbare Diffusoren oder Drosseleinrichtungen am Verdichter, regelbare Leitvorrichtungen an der Gasturbine in Betracht. Alle diese Einrichtungen sind teuer und nicht zuverlässig und vor allem bei der Gasturbine, dbren Treib-,-asü hohe Temperaturen haben, schwer durch-. führbar.
• Die Erfindung bezieht sich nun auf eillf, Einrichtung an Gasturbinenanla-en der be- schriebenen Art, durch -welche auf einfache Weise ein --utes und wirtschaftliches Zusammenarbeiten von Verdichter und Gasturbine bei allen Betriebsverbältnissen ermög'icht werden soll. Es wird dabei von einem bekannten Vorschlag Gebrauch gemacht, bei dem sowohl die Gasturbine als auch der Verdichter mit Anzapfste#Ilen versehen sind, die eine Verbindung von Zwischenstufen des Verdichters mit solchen der Gasturbine herbeiführen. Es sind nun die Anzapfstellen an Verdichter und Gasturbinü so ge-wählt, daß gemäß der Erfindung mit abnehmender Belastung eine im Verhältnis zur Gesaintluftnienge zunehmende ;i.ligez,###eigte Luftmenge mittels der Wrbindungen zwischen den Anzapfstelleii aus dem Gebläse in die Turbine strömt. Hierbei können weiter gemäß der Erfindung die Anzapfstellen im Verdichter und in der Gasturbine und deren Verbindun- miteinander derart gewählt ,-ein, daß bei allen Belastungen der Druck an der Entnalimestelle des Verdichters höher als der Druck an der Eintrittsstelle in die Gasturbine oder - diesem Druck mindestens gleich ist. Dum Ideal kommt die Anlage am nächsteil, Weilli im Normalpunkt -, also z. B. bei voller Belastung und höchstem Druck, der Druck- an der Anzapfstelle des Verdichters und der Druck in der Einmünduii,-sstelle in -der Gasturbine ungefähr gleich hoch sind, somit kein {*bi#rströnien stattfindet. Es können in den Verbindungskanälen gemäß der Erfindun- C aber , auch' Dross eIstellen, von Hand oder selbsttätig gesteuert,- Abschlu13-vorrichturig hatit sein. gen oder Rückschlagventil- eing##-Es ist schon- vorgeschlagen worden, hei ,einer Gasturbinenanlage, die aus einer mehrstufigen Gasturbine, und einem von dieser an.getriebenen Verdichter bestand, beide mit .\nzapfstellen zu versehen und Zwischenstufen des Verdichters mit solchen der Gasturbine zu verbinden zum Zwecke der stetigen Luftzufuhr für eine zusätzliche Verbrennung und Wärmezufuhr zwischen den Stufen der Gasturbine. Doch liegt ein grundsätzlicher Unterschied gegenüber der Erfindung darin, wie die übe rströnimenge sich mit der Belastung ändert. Sie sollte, um den Zweck dieser Vorschläge zu erfüllen, mit der Belastung zunehmen. damit mehr Brennstoff verbrannt werden kann. Hierdurch wird die Druckverteilung in den beiderseitigen Stufen noch ungünstiger. lit Abb. i isteine solche Gasturbilieiiaiila-(-ini Schnitt beispielsweise dargestellt. Es ist i der Verdichter, der in 2 z. B. Luft ansaugt ', #"#£Nrdicht,--t und bei 3 ausschiebt. -1 ist die Gasturbine, 5 der Gaseintritts-, 6 der Gasaustrittsstutzen. Die Beschaufelun- des Verdichters ist 7, die der Gasturbinie 8. 9 und io sind Anzapfstellen am Verdichter, di2 durch Kanäl#eii und 12 mit zwei Stellen13 und 14 der Gasturbine verbunden sind. Die Anzapf- und Einmündungsstellen sind so ge-#D wählt, daß bei Nornialbetrieb an be-*den Enden des Verbindungskanals der gleiche Druck vorherrscht -, in den Kanälen also 1,-e*nc Strömung besteht. Weicht der Betrieb vom Normalpunkt ab, so können Betriebsverhältnisse ,eintreten, wie sie aus den Abb. 2 und, 3 ersehen werden Iz(**)iineii. #,%bb. 2 bezieht sich auf den Verdichter, Abb. 3 auf die Gasturbine. Bei nornia.en Betriebsverhältnissen -, d. h. der Drehzahl und der Liefernienge oder Treil--gasmeiige, für welche der Verdichter und die Gasturbinü bemessen sind, ist d.-i- Druckver-]auf län--s des Gebläse'äufers 1-2-3 (lerieni,-,ü (lei- G.-tsturbiiie3'-4-5. Es ist hierbei unter Druckverlauf jedoch nicht der erzeugte abso-]tue Druck verstanden, sondern der relative Druckanstieg zur Erzeugung des Enddruckes 0-3. Das Druckverhältnis und dis Entspannungsverhältnis jüder einzelnen SI-ufe ist durch die Neigung der Linien 1-2-3 oder 3'-4-5 ge-'jehun. Ändert sich nun aus irgeiidweicheii. (#riiiid(-ii der Druck in der Anlage" shikt er z. 133., weil der Widerstand zwischen Verdichtür und Gasturbine oder well die Belastun- stark abnahm, so -eht der Druckverlauf im Gebläse -nicht mehr wie im -Nornialpunkt nach 1----3, sondern er verläuft nach einer Kurve enva wie 1-6-3, d.h. die ersten Stuf en geben einen verhältnismäßig höheren Druck, während das VerdichtungsverhAtnis in den letzten Stufen absinkt. Dies hat zur Fol-(" daß das Gebläse sich vom Bereich besten Wirkungsgrades entfernt und in den ersten Stufen der Pump-renze nähert, der Betrieb -also gestört wird. Bei der Gasturbinu tritt dagegen bezüglich der Druckverteilung das Umgekehrte ein. Die erst-en Stufen übernehmen den Hauptanteil der Entspannung, während die letzten leer mitlaufen (3'-7-5 in Abb- 3). Der Geschwindigkeitsveriauf des strömenden Mittels stimmt nun nirgends inehiinit den für nur einen bestimmten Zustand heineßbarenSchaufelnüberein,esverschlechtert j sich der Wirkungsgrad. Werden nua einige Stufen des Verdiellters mit eini-en Stufen der Gasturbine verbunden, so erfolgt ein Ans-#leich, der den Betrieb wesentlich verbessert. Da der Druck im Gebläse von 2 nach 6 1 ( Abb. 2) a nstieg, in der Gasturbine aber von 4 nach -, herabsank, so strömt durch ein an dieser Stelle angenommenes überströmrohr Luft vom Verdichter zur Gasturbine über. Die die ersten Schaufeln des Verd*chters durchsetzende Fördermenge steigt a'so an, wodurch das Drucl,:verliä*tnis hera.-)ge--e#,zt, die S-hatifelkanäle ausgefüEt und der Betrieb dem Normalpunkt wieder -enä.i#ert- -,v*rd. Auf Seite der Gasturbine bewirkt u-ng#e.z.,e.irt die überströmende Luftmenge eine Erhöhung des Druckes ', der eine Verminderung der Entspannung in den ersten, eIna Erhöhung des Gefälles für die letzten Stufen zur Folge hat. Der Ausgleeich erfolgt in den meisten Fällen selbsttätig, bei richtiger Bemessung der überströmqu-erschiiitte kann von einer weiteren Regelung abgesehen werden. Um aber die Bemessung der' überströmquerscimitte zu erleichtern oder für besondele Betri#ebsverhältnisse Veränderungen vornehmen zu können, können die überströmleitungen auch Drosselstellen, Rückschlagventile oder ge-.steuerte Regelventile erhalten. S*le sind in Abb. i illirch 15 und 16 angedeutet. Auf dieser Abbildung ist angenom#-,n#en, daß die Verbindung zwischen Verdichter und- Gasturbine nicht unterbrochen ist. Das dem Ver. dichter entnommene Mittel kann aber auch, bevor es zur Gasturbine geht, den Einrichtungen zugeführt werden, für die die Anlage gebaut ist, nämlich z. B. einer Druckfeuerung oder chemischen Anlage usw.
• Zum Anlassen der Anlage oder auch zum raschen Beschleunigen oder Verzögern beim Regeln oder auch zum Ausgleich etwaiger Leistungsunterschiede von Verdichter und Gasturbine ist die Gruppe meist mite,#nem. Hilfsinotor, z. B. Elektromotor (17, Abb. x), ausgerüstet. Dient die Anlage lediglich zur Energie;erzeugung, so ist 17 der Hauptenergiecrzeuger. Handelt es sich u-n eine Anlage, bei welcher das vom Verdicht3r gelie'erte Mittel für Heimwecke (Druckfeuerung) oder chemische, Verfahren dient und die Gasturbine mit den noch hochgespann',en A ga--en aus dieseil Einr.'c.-.tungen be-.rieben wird, so kann die Mazchine a')wo--h Feind Energi#2erz g -ug:r oder Motor --ein. Die -.t die Ga turbi.I.en,-ru .-pe aber zur Auflalung von Brenn'zraft.n-a-c inen, die für sich a12in betrieb#sfäaig, s".nd, so fällt der Hilfsmotor weg.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einric-.tung an Ga-turbine-2#a-ila.--en, die aus einer me'irgtufi-en, mit Anzapfsteilen Gaetuzbine uid eincm von dieser angetriebenen, ebcn'alls mit AnzapfsteIen ver,e enen vie'stufi-ea Verdichter mit Verbindung lei-u-gen zwi_xhen den beide, _#ei-ijen Anza-)fste len beste'.en, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzapfstellen im Verdichter und in der Gasturbine und deren Verbindungen miheinander derart gewä'-It werdm, da3 bei Normalbetrieb an beiden Endm d2s Verbindungsl:a-a's der.gleic'-#eDruc"-vorhe:rs ht, also in den Kanälen prakti3ch keine Strömung beste.it, wä.irend mit abnehmender Belastung eine im VeriäLnis zur Gc--antluftmenge zune.imende Menge übcr-trömt.
2. 2. Einrichtung nach A-nsprti#"h i, dadurch -ekennzeichnet, daß die Anzapfstellen im Verdic.iter und in der Gasturbine und deren Verbind-ing mitc-nand,er derart gewählt werden, daß bei aLea Belastungen der Druck an der Entnahmestelle des Verdichters höher als derDruck an der Eintrit3stü-le in die Gasturbine oder diesem Druck: mi#idz#3teis g13i#.i ist. 3. Einrichtung na2h Anspruch i und 2, dadurch gelzennzeizImet, daß in da.i Verbindungsl,-a.--ü#en Dro s,el--tel#e-.-1, von Hand oder se'.bsttätig gesteue--te Absc -lu ' vorrichtungen oder Rückschlagventile eingebaut sind.