DE7418534U - Geschlossene Gasturbinen-Verdichter-Anordnung mit einer Entlastungsvorrichtung - Google Patents

Description

Brown Boveri-Sulzer Turbomaschinen Aktiengesellschaft,Zürich

Geschlossene Gasturbinen-Verdichter-Anordnung mit einer Entlastungsvorrichtung

Sie Erfindung betrifft eine geschlossene Gasturbinen-Verdichter-Anordnung mit einer Entlastungsvorrichtung, die in einem endlosen Strömungsweg für das Arbeitsmittel nacheinander einen Verdichter, eintri Erhitzer und eine Turbine aufweist, wobei eine Entlastungsleitung vorgesehen ist, die von einer Stelle hohen Drucks des Strömungswegs zu einer Stelle niedrigeren Drucks des Strömungswegs führt und mindestens zwei bezüglich des Arbeitsmittels parallel zueinander geschaltete miteinander redundante Regelventile aufweist«

Bei bekannten geschlossenen Gasturbinen-Yerdichter-Anordnungen wird zur Schnellentlastung eine im Normalbetrieb geschlossene

741853424.10.7t

ti ft·· ·· · ··

Verdichterrückflussleitung verwendet. Bti Lastabwurf des angetriebenen Generators wird durch öffnen der Verdichterrückflussleitung die erzeugte Leistung auf Null gebracht. Dies muss in so kurzer Zeit geschehen, dass die Drehzahl der Gasturbinen-Verdichter-Anordnung die vorgegebene Überdrehzahl nicht übersteigt„

Weiter wird für die Sehne11entlastung Redundanz verlangt, d.h. es sind mindestens zwei bezüglich des Arbeitsmittels parallel zueinander geschaltete ßegelventile in der Entlastungsleitung vorgesehen.

Wenn nun das zweite Regelventil der Entlastungsleitung erst geöffnet wird, nachdem ein Versagen des ersten Regelventils festgestellt wurde, verzögert sich die Schnellentlastung sehr. Offnen aber, beispielsweise bei Ausfallen des Steueröldrucks, beide Regelventile der Entlastungsleitung gleichzeitig, wird zwar die Schnellentlastung durch Verkürzung der zu ihr erforderlichen Zeit verbessert, es entsteht aber im Hochdruckteil der Gasturbinen-Verdichter-Anordnung ein sehr rascher Druckabfall. Ein zu rascher Druckabfall gefährdet aber den Erhitzer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geschlossene Gasturbinen-Verdichter-Anordnung mit einer Entlastungsvorrichtung zu schaffen, welche gleichzeitig eine genügend schnelle Schnellentlastung erlaubt und ein genügend langsames Absinken des Drucks des Arbeitsmittels in, Hochdruckteil sicher stellt.

Diese Aufgabe wird bei einer Gasturbinen-Verdichter-Anordnung mit einer Entlastungsvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in die Entlastungsleitung ein in Serie zu den parallel zueinander geschalteten Regelventilen geschalteter Mengenbegrenzer eingebaut ist.

Dieser Mengenbegrenzer kann durch eine Verengung der Entlastungsleitung gebildet werden. Vorteilhafterweise wird

5*

741853^24.10.74

I ·· ··« ·· · * till

der Mengenbegrenzer als Venturidüse ausgebildet. Als Mengenbegrenzer kann aber auch eine in der Entlastungsleitung angeordnete Turbine dienen.

Weiter ist es von Vorteil, wenn mindestens zwei Regelkreise der zueinander parallel geschalteten Regelventile voneinander verschiedene Charakteristik haben. Dabei können die Regelkreise voneinander verschiedene Proportionalbereiche aufweisen. Ebenso können die Integraloder Differentialwerte der Regelkreise voneinander verschieden sein«

In der Zeichnung, anhand welcher die Erfindung näher erläutert wird, sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt« Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer geschlossenen Gnsturbinen-Verdichter-Anordnung mit der erfindungsgemässen Entlastungsvorrichtung, und

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine weitere Entlastungsvorrichtung.

Einander entsprechende Teile sind in den beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 1 gezeigte Gasturbinen-Verdichter-Anordnung mit einer Entlastungsvorrichtung weist einen Verdichter 1, eine Turbine 2 und einen Stromerzeuger 3 auf, die auf einer gemeinsamen Weile 4 angeordnet sind. Die Turbine 2 erhält heisses Arbeitsmittel aus einem Erhitzer 5» nämlich aus einem Kernreaktor und erzeugt die für den Antrieb des Stromerzeugers 3 und des Verdichters 1 erforderliche Leistung, gur Vervollständigung des thermodynamischen Kreisprozesses ist eine Wärmesenke, d.h. ein Kühler 6 vorgesehen. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist ein rekuperativer Wärmeaustauscher 7 vorhanden, welcher das vom Verdichter 1 zum

741853424.10.74

- 4 - "ι

Erhitzer 5 fliessends Arbeitsmittel unter teilweiser Nutzung der Abwärme der Turbine 2 vorwärmt. Der Hochdruckteil des endlosen Strömungswegs ist mit 8, der Niederdruckteil des endlosen Strömungswegs mit 9 bezeichnet. Vom Hochdruckteil 8 des Strömungswegs führt eine Entlastungsleitung 10 zum Niederdruckteil 9 des Strömungswegs. Diese Entlastungsleitung ist hier eine an sich bekannte Verdichterrückflussleitung. In dieser Entlastungsleitung 10 liegen zwei bezüglich des Arbeitsmittels parallel zueinander geschaltete Regelventile 11 und 12. Diese sind miteinander redundant, d.h. sowohl das Regelventil 11 allein, als auch das Regelventil 12 allein ist so gross, dass es für die Schnellentlastung ausreicht.

In die Entlastungsleitung 10 ist ein in Serie zu den parallel zueinander geschalteten Regelventilen 11 und 12 geschalteter Mengenbegrenzer 13 eingebaut. Der Mengenbegrenzer 13 liegt beim Ausführungenispiel in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels vor den beiden parallel zueinander geschalteten Regelventilen 11 und 12. Der Mengenbegrenzer könnte aber auch ( in einem wieder -vereinigten Leitungsstück der Entlastungsleitung 10) hinter den Regelventilen liegen.

Der Mengenbegrenzer 13 ist als Venturidüse ausgebildet und so dimensioniert, dass einerseits die Schnellentlastung der Gasturbinen-Verdichter-Anordnung schnell genug, und andererseits der Druckabfall im Hochdruckteil der Gßsturbinen-Verdichter-Anordnung langsam genug vor sich geht.

Wie durch eine Wirkungslinie 14 angedeutet ist, hat das Regelventil 11 einen separaten Regelkreis mit einem separaten Regler 15· Ebenso hat das Regelventil 12, wie durch die Wirkungslinie 16 angedeutet ist, einen separaten Regelkreis mit einem separaten Regler 17· Die beiden Regler 15 und 17 sind als von der Welle 4 angetriebene Drehzahlregler ausgebildet»

741853424.io.74

j _ 5 _

5' Die beschriebene Entlastungsvorriehtung arbeitet folgen-

dermassen. Verliert der Stromerzeuger 3 aus irgendeinem Grund seine Last, so beginnt infolge des Leistungsübergewichts der Turbine 2 gegenüber dem Stromerzeuger 3 die Drehzahl der Welle 4 zu steigen. Um das Steigen zu begrenzen, beginnen die beiden Regler 15 und 17 ihre zugehörigen Regelventile 11 bzw. 12 soweit zu öffnen, bis der durch den Verdichter 1 geförderte zusätzliche Massenstrom infolge der nun grösseren Verdichterleistungsaufnahme wieder Leistungsgleichgewicht auf der Welle 4 herbeiführt.

Um dies zu erreichen, genügt es, wenn entweder beide Regelventile zur Hälfte, oder aber eines von ihnen voll öffnet. Dabei ist einfache Redundanz der Entlastungsvorrichtung vorhanden, und der Mengenbegrenzer 13 verhindert einen zu schnellen Druckabfall im Hochdruckteil, d.h. im Erhitzer 5, falls aufgrund einer Störung oder einer Instabilität im Reguliersystem beide Regelventile 11 und ganz geöffnet werden. Der Mengenbegrenzer 13 ist so dimensioniert, dass la seinem engsten Querschnitt im Fall der halben Öffnung beider Regelventile 11 und 12 bzw. im Fall der ganzen Öffnung eines der Regelventile 11 oder 12 Schallgeschwindigkeit erreicht wird.

Um dabei stabile Regulierverhältnisse zu erreichen, weist der Drehzahlregler 15 einen Proportionalbereich von 4# und der Drehzahlregler 17 einen Proportionalbereich von auf. Das hat zur Folge, dass im ungestörten Fall, d.h. wenn beide Regelkreise normal arbeiten, die Welle 4 nach erfolgtem Lastabwurf des Stromerzeugers 3 eine bleibende Überdrehzahl von weniger als 4$ aufweisen wird, da das Regelventil 11 nur teilweise, jedoch mehr als zur Hälfte offen sein wird und der restliche Durchströmquerschnitt

741853A24.10.74

• * III!

« f

vom Regelventil 12, dessen Drehzahlregler einen groaseren Proportionalbereich aufweist gebildet wird. Im Verbundbetrieb öffnen sich also die beiden Regulventile 11 und 12 ungleich, was stabile Regulierverhältnisse ergibt. Für den Fall aber, dass einer der beiden Regelkreise 11,14, bzw. 12, 16, 17 gestört ist, wird sich das Regelventil des noch arbeitsfähigen Regelkreises voll öffnen, wobei dann die Drehzahlregulierung einen Proportionalbereich von 4# oder von 696 aufweisen wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist neben der bereits geschilderten einfachen Redundanz eine zusätzliche Redundanz innerhalb der beiden Regelkreise vorhandene Die Regelventile 11 und 12 des Ausführungsbeipiels nach Fig. 1 sind hier durch je ein Paar von bezüglich des Arbeitsmittels zueinander parallel geschalteten Regelventilen 11 und 11² bzw. 12¹ und 12^ ersetzt.

Weiter sind hier die Regler 15 und 17 als Drehzahlregler mit rotierendem Flüssigkeitsring ausgebildet. Diese sind über Übertragungskanäle 18 bzw. 19 mit der hydraulischen Verstärkung dienenden Steuerschiebern 20 bzw. 21 verbunden, welche das Steueröl für die Servomotoren der Regelventile 11¹ und 11² bzw. 12¹ und 12² steuern. Mit 22 bzw. 23 sind Steuerölquellen bezeichnet.

741853424.10.74

Claims (4)

Schutzansprüchet

1. Geschlossene Gasturbinen-Verdichter-Anordnung mit

einer Entlastungsvorrichtung, die in einem endlosen Strömungsweg für das Arbeitsmittel nacheinander einen Verdichter, einen Erhitzer und eine Turbine aufweist, wobei eine Entlastungsleitung vorgesehen 1st, die von einer Stelle hohen Drucks des Strömungswegs zu einer Stelle niedrigeren Drucks des Strömungswege führt und mindestens zwei bezüglich des Arbeltsmittels parallel zueinander geschaltete, miteinander redundante Regelventile aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Entlastungsleitung (10) ein in Serie zu den parallel zueinander geschalteten Regenventilen ( 11, 12) geschalteter Mengenbegrenzer (13) eingebaut 1st.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenbegrenzer (13) durch eine Verengung der Entlastungsleitung (10) gebildet ist.

3· Anordnung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenbegrenzer (13) als Venturidüse ausgebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenbegrenzer als eine Turbine ausgebildet ist.

ζ e 1 c

ander parallel geschalteten

zwei Regelkreise der zuein-

voneinander

. — — — —UJ ..J „_ —

7418534 24.10.74