DE858477C - Verfahren zur Regelung von Gasturbinenanlagen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Regelung von Gasturbinenanlagen Bei dem häufig gewählten Aufbau einer Gasturbinenanlage als Einwellenanlage, d. h. mit Antrieb der Kraftmaschine, z. B. des Stromerzeugers, und des Verdichters durch die gleiche Turbine, entsteht für die Regelung insofern. eine gewisse Schwierigkeit, als die Verdichterdrehzahl an die Drehzahl der Kraftmaschine gebunden ist. Da diese im allgemeinen ein Stromerzeuger sein wird, der mit gleichbleibender Drehzahl läuft, so ist damit auch die Verdichterdrehzahl auf einen gleichbleibendenWert festgelegt. Die geringen Drehzahländerungen, die sich aus dem Umgleic'hförmigkeitsgrad des Reglers ergeben können, sollen bei den folgenden Überlegungen unberücksichtigt bleiben. Einer gleichbleibenden Drehzahl des Verdichters entspricht eine gleichbleibende Fördermenge, wobei die Turbinenleistung sich zwischen Leerlauf und Überlast ändert. Eine Anpassung der Verdichterleistung an die veränderte Turbinenbelastung wäre an sich durch Drosselregelung des Verdichters auf der Saug- oder Druckseite denkbar, jedoch ungünstig, weil der Drosselverlust die Wirtschaftlichkeit des Prozesses sehr stark beeinflußt und bei der Drosselung außerdem leicht die Pumpgrenze erreicht wird, vor allem bei dem neuzeitlichen Axialverdichter mit tragflügelähnlichem Schaufelprofil, der eine sehr steil verlaufende Charakteristik aufweist. Die Lösung der starren Bindung zwischen Turbinendrehzahl und Verdichterdrehzahl durch Einschaltung eines regelbaren Getriebes ist möglich, führt aber, vor allem bei größeren Leistungen, zu wesentlichen baulichen Belastungen.
• Gemäß der Erfindung wird zur Regelung derartiger Anlagen ein anderer Weg beschritten, nämlich der, daß nicht die gesamte Fördermenge des Verdichters geregelt wird, sondern nur die als Brennluft dienende Teilmenge. Hierbei tritt zwar auch ein gewisser Drosselverlust auf. Dieser beschränkt sich aber auf den verhältnismäßig kleinen Teil der Brennluft und ist infolgedessen viel weniger von Einfluß, als wenn die gesamte Fördermenge des Verdichters durch Drosselung beeinflußt werden müßte.
• Aus der Tatsache, daß nur die Brennluftmenge geregelt wird, ergibt sich als Folge, daß die Temperatur des Arbeitsgases vor der Turbine nicht gleich bleiben kann, sondern sich mit der Belastung ändert. Denn da bei absinkender Belastung die Brennstoffmenge zurückgeht, die gesamte Luftmenge sich aber nicht ändert, so tritt mit fallender Last eine Temperatursenkung ein. Umgekehrt wird wegen der bei steigender. Belastung steigenden Brennstoffmenge ein Temperaturanstieg eintreten.
• Bei den vorstehenden Überlegungen wurde davon ausgegangen, daß bei gleichbleibender Verdichterdrehzahl sich die Fördermenge nicht ändere. Das trifft allerdings nicht in vollem Umfange zu. Denn da mit abnehmender Belastung die Brennstoffmenge sinkt, so verringert sich wegen der verringerten Temperatur auch das spezifische Gasvolumen, und es strömt infolgedessen durch die Turbine, die als ein konstanter Drosselquerschnitt aufgefaßt werden kann, eine größere Gasmenge hindurch. Die aufstauende Wirkung der Turbine ist also bei kleiner Last geringer als bei großer Last, so daß infolge der Verdichtercharakteristik bei fallendem Verdichtungsdruck die Fördermenge des Verdichters steigt. Dieses Verhalten wird man gegebenenfalls bei der Auslegung der Regeleinrichtung berücksichtigen müssen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt. Hierin bezeichnet i die Gasturbine, 2 den Verdichter, 3 den Stromerzeuger.
• ist ein Gasverdichter, der entfallen kann, wenn ein unter entsprechend hohem Druck stehender Gasspeicher vorhanden ist. Das Brenngas wird in der Brennkammer 5 erzeugt, die aus dem eigentlichen Brennraum 6 und dem Mantelraum 7 besteht. Die vom Verdichter kommende Luft wird teils über die Leitung 8 als Brennluft, teils über die Leitung 9 als Misch- und Kühlluft zugeführt. Das Brenngas gelangt über die Leitung To zum Brenner. Wenn beispielsweise die Belastung des Maschinensatzes abnimmt und sich infolgedessen seine Drehzahl erhöht, so stellt der Regler i i einerseits an der Klappe 12 eine kleinere Brennstoffmenge, andererseits an der Klappe 13 eine kleinere Brennluftmenge ein. Da sich die Gesamtmenge der vom Verdichter 2 geförderten Luft nicht geändert hat. andererseits das in'der Kammer 6 erzeugte Brenngas seine Temperatur kaum geändert hat, so ergibt sich, da jetzt verhältnismäßig eine größere Menge Luft als Misch- und Kühlluft hinzutritt, eine Temperaturabsenkung vor der Turbine i, also ein Treibgas geringeren Energieinhalts. Im Fall eines Lastanstiegs kehren sich die Verhältnisse um.
• Im Ausführungsbeispiel ist noch eine Besonderheit angedeutet, und zwar die Einstellung des richtigen Mischungsverhältnisses zwischen Brenngas und Brennluft über ein Mengenineßgerät 14, das zusätzlich auf die Brennstoffkappe 12 einwirkt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Regelung von Gasturbinenanlagen, in denen die gleiche Turbine sowohl die Kraftmaschine, z. B. den Stromerzeuger, als auch den Verdichter antreibt, dessen geförderte Luft in Brennluft einerseits und Kühlluft andererseits aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nicht die gesamte Fördermenge des Verdichters geregelt wird, sondern nur die als Brennluft dienende Teilmenge.
2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der zur Brennkammer führenden Luftleitung ein Regelorgan für die Brennluftmenge vorgesehen ist, das vom Kraftmaschinenregler zugleich mit dein Regelorgan für die Brennstoffmenge verstellt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennluftmenge in an sich bekannter Weise durch einen Mengenregler auf ein im wesentlichen gleichbleibendes Mischungsverhältnis zur Brennstoffmenge geregelt wird.