DE804627C

DE804627C - Verfahren zur Verhinderung des Durchgehens der Maschinengruppe von Gasturbinenanlagen mit mindestens einem Luftvorwaermer bei ploetzlicher Entlastung der Gruppe sowie Gasturbinenanlage zur Ausuebung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE804627C
Application number: DEP34315D
Authority: DE
Inventors: Hans Pfenninger
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1948-03-02
Filing date: 1949-02-16
Publication date: 1951-04-26

Description

Verfahren zur Verhinderung des Durchgehens der Maschinengruppe von Gasturbinenanlagen mit mindestens einem Luftvorwärmer bei plötzlicher Entlastung der Gruppe sowie Gasturbinenanlage zur Ausübung dieses Verfahrens Um bei Gasturbinenanlagen gute thermische Wirkungsgrade bzw. einen kleinen Brennstoffverbrauch zu erhalten, muß man die Abgaswärme, z. B. in Luftvorwärmern, wenigstens teilweise rückgewinnen. Strebt man hohe thermische Wirkungsgrade an, so «-erden diese Luftvorwärmer verhältnismäßig groß. Je nach der Bauart wird das in diesen Apparaten aufgespeicherte Luftvolumen beträchtlich. Wegen der großen wirksamen Oberfläche dieser Wärmeaustauschapparate ist in der Regel auch die aufgespeicherte Wärmeenergie groß. Bei teilweiser oder vollständiger Entlastung der Anlage führt dies leicht zum Durchgehen der Gruppe. Um dies zu verhindern ist es notwendig, bei einer Entlastung die aufgespeicherte Energie unschädlich zu machen. Wird die Maschinengruppe ganz allmählich entlastet, so kann die Leistungsabnahme durch Verkleinern der Brennstoffmenge noch beherrscht werden. Anders dagegen bei plötzlicher bzw. sehr schnell erfolgender Entlastung. Hier setzt das Verfahren gemäß der Erfindung ein, welches bei Gasturbinenanlagen mit mindestens einem Luftvorwärmer darin besteht, daß vorübergehend frei werdende Energie durch Abblasen von Luft aus dem Vorwärmer abgeleitet wird.
Eine Gasturbinenanlage zur Ausübung dieses Verfahrens enthält gemäß der Erfindung selbsttätig wirkende Steuerorgane, welche #ei plötzlicher Entlastung der Gruppe Leitungen öffnen und nach Abgabe der frei gewordenen Energie wieder schließen. Zweckmäßig drosselt man bei besonders großen aufgespeicherten Volumen außerdem gleichzeitig den Zufluß zur Gasturbine. Besitzt die Gasturbinenanlage eine Druckölsteuerung, so versieht man sie vorteilhaft mit einer einstellbaren Ölbremse, um das Ansprechen dieser zum Abblasen von Luft dienenden Steuerorgane bei nur allmählich, d. h. langsam eintretender Entlastung zu verhindern.
An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert.
Fig. i stellt schematisch eine beispielsweise Gasturbinenanlage gemäß der Erfindung mit einem Luftvorwärmer und einer Druckölsteuerung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die einander zugeordneten Drehzahlen und Steueröldrücke bei schneller und bei langsamer Entlastung der Gruppe.
Fig.3 stellt schematisch ein Beispiel für eine größere Gasturbinenanlage mit Hochdruck- und N iederdruckgruppe dar.
In Fig.,i bedeuten i ein Gebläse, 2 einen Luftvorwärmer, 3 eine Brennkammer, 4 eine Gasturbine, 5 einen Generator und 6 einen Anwurfmotor. Die Luft tritt bei 7 in das Gebläse ein, und die Abgase verlassen bei 8 die Anlage. 9 ist der Fliehkraftregler dieser Gruppe, io der Steuerkolben zum Regler 9, i i eine Steuerölpumpe, 12 ein Druckhalteventil zur Pumpe 11. 13 sind sog. Blenden, 14 ist ein Servomotor zur Brennstoffdüse der Brennkammer 3, 15 ein Abblaseventil, welches die frei gewordene Energie durch Leitung 16 ins Freie leitet, und 17 ein Steuerorgan zur Regelung des Druckölabflusses aus der Leitung 18 und damit zum Steuern des Kraftkolbens des Ventils 15. Das Steuerorgan 17 besteht aus dem Kraftkolben i9 in dem fest stehenden Zylinder 2o, der Ölbremse mit dem Zylinder 21, Kolben 22 und Drosselventil 23 sowie dem Ölablaßventil24. Ändert sich der Steueröldruck in der Leitung 25 durch den Drehzahlregler 9, 1o schnell, etwa nach den Kurven a, a' der Fig. 2, worin die Ordinaten zu a die Drehzahl n und zu ä den Steueröldruck p bedeuten, während die Abszissen zu beiden Kurven die Zeit t darstellen, so bewegt sich der Kolben i9 nach oben, wobei der Zylinder 21 mitsamt dem Kolben 22 und dem Ventil 24 als starres System mitgenommen werden, da das Öl von der Unterseite des Kolbens 22 nicht rasch genug über das Drosselventil 23 nach der Oberseite des Kolbens 22 abfließen kann. Dadurch wird die Ölleitung 18 geöffnet und durch die hiermit bewirkte Drucksenkung auf der linken Seite des Kraftkolbens des Abblaseventils 15 die Leitung 16, so daß Luft aus dem Vorwärmer 2 entweicht, bis sich die Drehzahl der neuen Belastung entsprechend eingestellt hat. Inzwischen hat der Schieber io des Reglers 9 den Abfluß der Leitung 25 wieder gedrosselt, der Steueröldruck ist gestiegen, auch oberhalb des Kraftkolbens i9 des Steuerorgans 17, der Abfluß der Leitung 18 wird geschlossen, und der steigende Steueröldruck schließt das Abblaseventil 15. Im Diagramm der Fig. 2 zeigt die Kurve a den zeitlichen Verlauf der Drehzahländerungen bei einer raschen Entlastung der Gruppe und die ihr zugeordnete Kurve a' die entsprechenden Steueröldrücke; die zusammengehörigen Kurven b und b' zeigen diese entsprechenden Größen bei einer langsamen Entlastung der Gruppe.
Geht die Entlastung langsam vor sich, so sinkt auch der Steueröldruck langsam, das Steueröl hat genügend Zeit, von der unteren Seite des Kolbens 22 über das Drosselventil 23 nach der oberen zu fließen, so daß kein Öffnen des Abflusses der Ölleitung 18 stattfindet und auch die Abblaseleitung 16 geschlossen bleibt.
Die gleiche Anordnung kann auch für mehrgehäusige Anlagen verwendet werden. Da das Abblaseventil sehr groß wird, ist es zweckmäßig, mehrere zu verwenden.
Sind die aufgespeicherten Volumen zu groß, so ist es vorteilhaft, gleichzeitig noch den Zufluß zu der bzw. den Gasturbinen zu drosseln. Fig. 3 zeigt an Hand einer sowohl auf der Gasturbinen- wie auf der Gebläseseite mehrgehäusigen Anlage eine beispielsweise Lösung. Die Hochdruck- und Niederdruckgruppen i', 4' bzw. i, 4 sitzen auf verschiedenen Wellen, wobei Nutzleistungsmaschine 5 und Anwurfmotor 6 auf der Welle der Hochdruckgruppe i', 4 angeordnet sind. Die Bezeichnungen sind im übrigen dieselben wie in Fig. i. Neu hinzugekommen sind ferner der Zwischenkühler 26 zwischen Niederdruckgebläse i und Hochdruckgebläse i' sowie die mit ihrem Kraftkolben an das Druckölsystem angeschlossene Drosselklappe 27 in der Luftleitung 28. Diese Drosselklappe 27 ist zweckmäßig in der Leitung 28 vor der Brennkammer 3 angebracht, weil dort noch eine verhältnismäßig niedrige Temperatur herrscht.
Zweckmäßig kann auch, wie in Fig. i strichpunktiert angedeutet, die durch Leitung 16 abzublasende Luft in die Abgasleitung vor dem Luftvorwärmer 2 eingeführt werden, weil durch deren Aufstau der Gegendruck nach der Turbine steigt und dadurch das Turbinengefälle verkleinert wird. Durch diese Maßnahme wird die frei werdende Energie verringert und der verlangte Effekt vergrößert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Verhinderung des Durchgehens der Maschinengruppe von Gasturbinenanlagen mit mindestens einem Luftvorwärmer bei plötzlicher Entlastung der Gruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die infolge der Entlastung bei der Gruppe auftretende Drehzahlerhöhung dazu benutzt wird, um vorübergehend überschüssige Energie durch Abblasen von Luft aus dem Vorwärmer abzuleiten.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß af.lerdem gleichzeitig die Luftzufuhr zur Brennkammer der Gasturbine gedrosselt wird.
3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch r oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß selbsttätig wirkende Steuerorgane angeordnet sind, welche bei plötzlicher Entlastung der Gruppe und entsprechender Drehzahlerhöhung Leitungen öffnen und nach Abgabe der überschüssigen Energie wieder schließen. ,
4. Einrichtung nach Anspruch 3 an einer Gasturbinenanlage mit Druckölsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckölsteuerung mit einer einstellbaren Ölbremse versehen ist, derart, daß das Ansprechen der Steuerorgane zum Abblasen von Luft bei nur allmählich eintretender Entlastung verhindert werden kann.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Drosselorgan in der Luftleitung zur Brennkammer der Gasturbine angeordnet und mit den übrigen Steuerorganen an eine gemeinsame Druckölsteuerung angeschlossen ist, derart, daß gleichzeitig mit dem Abblasen von Luft aus dem Vorwärmer ein Drosseln der Luftzufuhr zur Brennkammer erfolgt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die abzublasende Luft in die Abgasleitung vor dem Luftvorwärmer eingeführt wird.