DE884131C - Gasturbinenanlage mit Einrichtung zur Lastregelung - Google Patents

Gasturbinenanlage mit Einrichtung zur Lastregelung

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DE884131C
DE884131C DEE4654A DEE0004654A DE884131C DE 884131 C DE884131 C DE 884131C DE E4654 A DEE4654 A DE E4654A DE E0004654 A DEE0004654 A DE E0004654A DE 884131 C DE884131 C DE 884131C
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DE
Germany
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turbine
power turbine
speed
valve
throttle
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DEE4654A
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English (en)
Inventor
Reuel Duncan Van Millingen
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English Electric Co Ltd
Original Assignee
English Electric Co Ltd
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16Control of working fluid flow
    • F02C9/18Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/13Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor having variable working fluid interconnections between turbines or compressors or stages of different rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16Control of working fluid flow
    • F02C9/20Control of working fluid flow by throttling; by adjusting vanes
    • F02C9/22Control of working fluid flow by throttling; by adjusting vanes by adjusting turbine vanes

Description

  • Gasturbinenanlage mit Einrichtung zur Lastregelung Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage, welche wenigstens eine Nutzleistung liefernde Turbine (Leistungsturbine) und wenigstens eine Ladegruppe umfaßt, die aus einer unabhängig umlaufenden Turbine (Ladeturbine) bestellt, «-elche einen Verdichter für die parallele Speisung der Verbrennungskammern der beiden Gasturhinen mit verdichteter Luft antreibt.
  • Nach einem Hauptmerkmal der erfindungsgemäßen Anlage ist diese mit einer nveifachen Drehzahlregelung der Leistungsturbine ausgerüstet, nämlich mit einer langsam wirkenden Regelung, die auf geringe Abweichungen der jeweiligen Drehzahl der Leistunsturbine von ihrem Sollwert anspricht, und' einer schnell wirkenden Regelung, welche auf große Abweichungen der jeweiligen Drehzahl der Leistungsturbine von ihrem Sollwert anspricht, wie sie durch Belastungsänderungen oder durch Änderungen der Drehzahleinstellung der Leistungsturbine hervorgerufen werden können.
  • Nach einem Hauptmerkmal des erfindungsgernäßen Verfahrens wirkt die langsam arbeitende Regelung selbsttätig auf die Brennstoffspeisung der Ladeturbine und verändert dadurch deren Drehzahl und diejenige des von ihr angetriebenen Verdichters je nach dem Bedarf der Leistungsturbine an Treibströmungsmitteln, wobei die Geschwindigkeit der Drehzahländ,°rung der Ladegruppe beispielsweise in der Größenordnung von 3'/o pro Minute liegt. Die schnell arbeitende Regelung verstellt selbsttätig eine normalerweise geöffnete Drossel, welche in der Verbindung zwischen dem V`rdichterausgang und dem Eingang der Leistungsturbine liegt, in schließender Richtung, wenn die Leistungsturbine eine Überdrehzahl erreicht, die einen ersten vorbestimmten Wert (z. B. 2% über dem Sollwert) überschreitet, und sie schließt diese Drossel vollständig bei einer Überdrehzahl eines höheren vorbestimmten Wertes (z. B. 70 !o über dem Sollwert), unabhängig davon, ob diese Überdrehzahien durch ein Ansteigen der jeweiligen Drehzahl .der Leistungsturbine oder dadurch hervorgerufen wurde, daß ihre Drehzahleinstellung auf einen geringeren Wert geändert wurde. Die schnellste Bewegung der Drossel aus der ganz geöffneten Stellung in die ganz geschlossene Stellung dauert etwa 1/3 Sekunde.
  • Wenn die Leistungsturbine durch einen plötzlichen Abfall ihrer Drehzahl oder dadurch, daß ihre Drehzahleinstellung auf einen höheren Wert geändert wird, mit Unterdrehzahl läuft, wird die Brennstoffspeisung der Ladegruppe und demgemäß deren Drehzahl und Förderleistung entweder selbsttätig durch die erwähnte langsam arbeitende Regelung oder durch eine Handregelung vergrößert, welche willkürlich betätigt werden kann, bevor die Drehzahleinstellung der Leistungsturbine auf einen höheren Wert geändert wird, so daß der erhöhte Bedarf der Leistungsturbine an Treibströmungsmittel durch die Drehzahlerhöhung der Ladegruppe vorweggenommen und die ganze Kraftanlage auf eine Überdrehzahl gebracht wird, die, wie oben erwähnt, durch das teilweise Schließen der Drossel geregelt wird.
  • Ein Pendeln des Verdichters der Ladegruppe bei Betrieb mit geringer Belastung oder bei plötzlichen Überdrehzahlen der Leistungsturbine wird dadurch unterbunden, daß man verhindert, daß die von ihm an die Druckturbine gelieferte Luftmenge unter etwa o,95 der Menge herabsinkt, welche unter normalen Betriebsverhältnissen geliefert wird.
  • Dies wird durch ein Abblasventil erreicht, das vor der erwähnten Drossel angeordnet ist und bei andauernden Betriebsverhältnissen mit geringer Belastung von einem Abblasregler betätigt wird, der auf die Strömungsgeschwindigkeit des Teiles der verdichteten Luft anspricht, welcher normalerweise zu der Leistungsturbine geführt wird. Dieser Abblasregler benötigt eine Zeit in der Größenordnung von i bis 5 Sekunden, um das Abblasventil über seinen ganzen Weg zu verstellen. Bei plötzlichem Schließen der Drossel wird die Wirkung dieses Abblasreglers durch eine schnell arbeitende Einrichtung vorweggenommen, die mit der Drosselregelung zusammenarbeitet, so daß das Abblasventil weiter geöffnet wird, als es erforderlich ist, um die Verminderung der Strömung zu der Leistungsturbine auszugleichen, die durch die Schließbewegung der Drossel hervorgerufen wird. Wenn die Drossel eine Ruhelage erreicht, wird dieses übermäßige Öffnen des Abblasv entils durch die normale Wirlcung des Abblasreglers aufgehoben, bis die von der Ladegruppe ausgehende Strömung auf 0,95 ihres normalen Wertes vermindert ist.
  • Ein unzulässiger Anstieg der Auslaßtemperatur der Leistungsturbine bei geringer Belastung wird dadurch verhindert, daß nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Hilfsablaß an der Heißluftausgangssammelleitung des Wärmeaustauschers der Leistungsturbine vorgesehen wird, um die Strömung durch den kalten Kanal dieses Wärmeaus.tauschers bei Betriebsverhältnissen mit geringer Belastung zu vergrößern.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein selbsttätig gesteuerter Nebenweg vorgesehen, der die Drossel überbrückt, damit Luft geliefert wird, die ausreicht, um den Brenner der Verbrennungskammer für die Leistungsturbine bei allen Betriebsverhältnissen in Gang zu halten.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.
  • Fig. i ist ein Schaltplan der Kraftanlage; Fig.2 ist ein Diagramm, welches die Einstellungen des Drehzahlreglers in Abhängigkeit von den Istwerten der minutlichen Drehzahlen der Leistungsturbine zeigt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage ist eine Ladegruppe vorgesehen, welche aus einem Turboverdichter i und einer diesen antreibenden Ladeturbine 2 besteht. Eine unabhängig umlaufende Leistungsturbine 3 treibt die Nutzbelastung 4 an. Diese kann ein Wechselstromerzeuger sein, der mit in weiten Grenzen veränderlichen Drehzahlen arbeiten kann, z. B. ein Wechselstromerzeuger für den Antrieb eines mit einem Schiffspropeller gekuppelten Synchronmotors.
  • Der Verdichter i saugt die Luft bei io an und fördert die verdichtete Luft durch die Leitung ii zum Teil in den kalten Kanal eines Wärmeaustauschers 12, dessen Ausgangssamm.elleitung über eine Leitung 13 mit einer Verbrennungskammer 14 verbunden ist, die einen Brenner 15 besitzt. Die Verbrennungsgase gehen aus der Verbrennungskammer 14 über eine Leitung 16 zu der erwähnten Ladeturbine 2 und dann durch eine Leitung 17 und den heißen Kanal des Wärmeaustauschers 12, um schließlich durch das Abzugsrohr 18 auszutreten.
  • Der übrige Teil der verdichteten Luft geht durch eine Venturimeßdüse i9 und eine Drossel 2o in den kalten Kanal eines zweiten Wärmeaustauschers 22, welcher durch eine Leitung 23 mit einer zweiten Verbrennungskammer 24 verbunden ist, die einen Brenner 25 besitzt. Die Verbrennungsgase aus der Kammer 24 gehen durch eine Leitung 26 zu der Leistungsturbine 3 und dann durch eine Leitung 27, den heißen Kanal des W ärmeaustauschers 22 und ein Rohr 2ä zu dem Abzug.
  • Ein Nebenweg 21 überbrückt die Drossel 2o in der Verbindung, durch welche verdichtete Luft dem Wärmeaustauscher 22 zugeführt wird. Dieser Nebenweg wird durch das Ventil 30 überwacht, mit welchem eine Membran 31 verbunden ist. Die wirksame Fläche dieser Membran ist gleich der Fläche dieses Ventils, und sie ist auf der einen Seite dem Druck vor der Drossel 2o und auf der anderen Seite einer Federbelastung und der freien Atmosphäre ausgesetzt. Wie später näher erläutert wird, öffnet sich dieses Ventil unter der Wirkung seiner Feder, wenn der Druck, der hinter der Drossel 2o herrscht, einen vorbestimmten minimalen Wert unterschreitet.
  • Vor der Drossel 20 ist eine Leitung 33 mit einem Hauptabblasventil 34verbunden, welches als Doppelsitzventil dargestellt ist und, wenn es sich öffnet, Luft bei 35 aus der Zuströmseite der Drossel 20 abblasen läßt.
  • Ein Hilfsabblasventil 36 ist mit dem Hauptabblasventil 34 verbunden und wird mit diesem gleichzeitig geöffnet. Dieses Hilfsabblasventil 36 ist durch eine Leitung 37 mit der Heißluftausgangssammelleitung des Wärmeaustauschers@ 22 verbunden und verbindet diese in geöffneter Stellung bei 35 mit der Atmosphäre.
  • Das Hauptabblasventil 34 und das Hilfsabblasventil 36 werden beide durch den Kolben 4o eines Servomotors betätigt, dessen Zylinder 41 auf zwei verschiedenen, später näher erläuterten Wegen mit einem Druckmittel gespeist werden kann.
  • Das Drosselventil 2o wird durch den federbelasteten Kolben 5o eines Servomotors betätigt, dessen Druckmittelregelung später im Zusammenhang mit derjenigen des erwähnten Servomotorkolben.s 4o erläutert wird.
  • Aus einer nicht dargestellten Quelle wird Brennstoff über die Leitung 6o und die Pumpe 6r, vorzugsweise bei konstantem Druck, parallel an die Brenner 15, 25 der beiden Verbrennungskammern 14 bzw. 24 zugeführt. Diese Brenner sind in der bekannten Bauart mit Überströmregelung ausgeführt, bei welcher die! Leistung durch Verengung eines Austrittsweges erhöht wird, der mit der Wirbelkammer des Brenners in: Verbindung steht, beispielsweise durch Ventile 62, 63 mit veränderlicher Flächenüberströmregelung, durch welche die Überströmflüssigkeit durch eine Leitung 64 zurück in den nicht dargestellten Brennstoffbehälter austritt.
  • Das Ventil 62 für den Brenner 15 der Ladeturbine 2 wird entweder durch einen Steuerhebel 9 oder durch einen später beschriebenen Servomotor 72 geregelt, während das Ventil 63 in Abhängigkeit von dem Druck betätigt wird, welcher an dem Eingang der Leistungsturbine 3 herrscht, z. B. durch eine druckempfindliche Kapsel 65.
  • Die Leistungsgruppe, welche aus der Leistungsturbine 3 und :der Belastung 4 besteht, treibt einen Drehzahlregler 5 an, dessen. Muffe durch eine Feder 6 belastet ist. Die Kraft dieser Feder ist durch den Hauptdrehzahlregelhebel 7 einstellbar.
  • Das Druckmittel für die verschiedenen Servomotoren der Anlage wird aus einer nicht dargestellten Quelle über die Leitungen 70, 71 und 83 zugeführt. Die Leitung 7o beliefert den Servomotor 72 für das Ventil 62 über ein durch den Drehzahlregler 5 gesteuertes Kolbenventil 73 und über ein durch einen Handhebel 8 betätigtes Umschaltventil 74, wenn sich dieses in der mit- vollen Linien gezeichneten Stellung befindet. Wenn der Hebel 8 sich in der gestrichelt gezeichneten Stellung befindet, ist der Zylinder 72 von der Druckmittelzufuhr 7o abgetrennt, und das Ventil 62 wird von Hand durch den erwähnten Hebel 9 betätigt. Der Weg dieses Hebels kann in beiden Richtungen durch Anschläge g', g" begrenzt werden.
  • Die Leitung 7i führt .das Druckmittel zu einem Ventil 75, welches eine feste und eine veränderliche Öffnung aufweist. Die veränderliche Öffnung wird durch ein von dem Drehzahlregler 5 betätigtes Nadelventil geregelt. Wenn sie offen ist, kann das Druckmittel über eine Leitung 76 zu dem Sumpf entweichen, so daß der Druck in einer Kammer des Ventils 75 zwischen den beiden Öffnungen sich in Abhängigkeit von der Muffenstellung des Drehzahlreglers 5 verändert.
  • Eine von dieser Kammer des Ventils 75 abgezweigte Leitung 77 führt das Druckmittel über ein Rückschlagventil 52 zu dem Zylinder 5 i des Servomotorkolbens 5o für die Drossel 2o. Wenn der Druck in der Leitung 77 unter den in dem Zylinder 51 herschenden Druck vermindert wird, wirkt das Druckmittel in dem Zylinder 51 über die Leitung 53 auf das rechtsseitige Ende eines leicht federbelasteten Umschaltventils 54. Wenn dieses aus der gezeichneten Stellung nach links verschoben wurde, wird, da der auf sein linksseitiges Ende wirkende Druck derjenige in der Leitung 77 und geringer als der in der Leitung 53 ist, das Druckmittel über die Leitung 55 in den Servomotorzylinder 41 an .der rechten Seite des Kolbens 4o eintreten, während der Raum an der linken Seite des Kolbens 4o dann über das Umschaltventil 54, Leitungen 57, 77 und Ventil 75 mit dem Ablaß bei 76 verbunden wird, und das Rückschlagventi152 dabei geschlossen ist.
  • Ein Abblasregler8o ist durch ein Pitotrohr 81 und ein statisches Fallrohr 82 an eine Venturidfise i9 angeschlossen und läßt, je nach der Strömungsgeschwindigkeit in bezug auf den statischen Druck in der Düse, Druckmittel aus einer Zuführungsleitung 83 über :die Leitungen 84, 85 an der rechten oder linken Seite des Kolbens 40 eintreten, während dessen andere Seite bei 86 mit dem Ablaß verbunden wird.
  • Die Arbeitsweise der beschriebenen Anlage ist die folgende: Unter der Annahme, daß der Hebel 9 für die Brennstoffregelung der Ladeturbine noch nicht gegen seinen Maximum- oder Minimumanschlag g' bzw. g' anliegt (entsprechend iooo/o bzw. etwa ioo/o der Leistungsabgabe), wird die Drehzahl der aus der Leistungsturbine 3 und der Belastung 4 bestehenden Gruppe normalerweise durch .die Wirkung des Drehzahlreglers 5 konstant auf dem Wert gehalten, der durch den Hauptdrehzahlregelhebel 7 eingestellt wurde, dessen Stellung die Belastung der Feder 6 bestimmt.
  • Wenn angenommen wird, daß das Ventil 74 in ,der Stellung .für selbsttätige Regelung steht, die in der Zeichnung mit vollen Linien dargestellt ist, wird bei irgendeiner Abweichung der Drehzahl der Leistungsturbine von dem durch ,den Handhebel 7 eingestellten Wert das Antriebsmittel an der einen oder anderen Seite .des Servomotors 72 eingelassen und dadurch die Öffnung des Ventils 62 und folglich das Ausmaß der Brennstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer 14 für die Ladeturbine 2, die Drehzahl des von der Ladeturbine 2 angetriebenen Verdichters i und somit die Drehzahl der Leistungsturbine geändert.
  • Diese Wirkung des Reglers 5 .ist verhältnismäßig langsam und soll jede allmähliche Abwandl°rung von der eingestellten Drehzahl verhindern, ohne daß ,das viel schnellere, aber notwendigerweise Verlustreiche Regelverfahren durch Drosselung der Luftzufuhr zu der Leistungsturbine über das Ventil 2o zur Anwendung kommt, das im folgenden be-.schrieben wird.
  • Wenn .die Drehzahl der Leistungsturbine die eingestellte Drehzahl um mehr als ein vorbestimmtes Maß von z. B. 2-% Überschreitet, wird die Nadel des Ventils 75 durch die Bewegung der Reglermuffe 5 so weit zurückgezogen, daß der Druck in der Leitung 77 auf eine Höhe vermindert wird, bei welcher er nicht mehr dem Druck die Waage hält, welcher erforderlich ist, um .die auf den Kolben 5o einwirkende Feder ganz zusammenzudrücken.
  • Unter der Wirkung dieser Feder verläßt das Drosselventil 2o dann seinen Anschlag für volle Öffnung bei 2% über der eingestellten Drehzahl, und es erreicht seine ganz geschlossene Stellung bei z. B. 70/a über der eingestellten Drehzahl.
  • Das: aus dem Zylinder 51 durch die Wirkung dieser Feder auf den Kolben 50 verdrängte Strömungsmittel wirkt auf das rechtsseitige Ende .des Kolbens des Ventils 54, so daß er nach links verschoben wird und den Strömungsweg aus dem Zylinder 51 über die Leitungen 53, 55 in die rechte Seite des Servozylinders 41 öffnet, welcher die Abblasventileinrichtung 3.5 betätigt. Eine entsprechende Strömungsmittelmenge wird, aus der linken Seite des Zylinders 41 über die Leitung 56, über den ,im Durchmesser verkleinerten Teil des Kolbens 54 und die Leitung 57 verdrängt.
  • Durch die Bewegung des Kolbens 4o in dem Zylinder 41 öffnet sich das Abblasventil 34 in einem Ausmaß, welches mehr als ausreichend ist, um die Verminderung .der Druckluftströmung zu der Leistungsturbine auszugleichen, was durch passende Bemessung der relativen Flächen des das Drosselventil 2o betätigenden Servokolbens. 5o und des das Abblasventil-34 betätigenden Servolcolbens 40 erreicht wird.
  • Wenn das Drosselventil2o seine Bewegung beendet, ist demnach Idas Abblasventil zu weit geöffnet, und seine Stellung wird dann durch die verhältnismäßig langsame Wirkung des Abbl.asreglers 8o verändert, bis die Strömung durch die Venturidüse i9 auf z. B. o,95 des Wertes absinkt, welcher den normalen Verhältnissen bei demselben Förderdruck des Verdichters entspricht.
  • Andererseits. wird, wenn der Regler 5 in einen Zustand mit Unterdrehzahl gebracht wird, sei es durch eine Bewegung des Hebels 7, sei es durch eine Drehzahlabnahme der Leistungsturbine 3, der Drück in der Leitung 77 in Richtung auf den Druck der Servoölspeisung aus der Leitung 71 ansteigen, und das Druckmittel geht über die Leitung 77 und das Rückschlagventil 52 direkt in den Zylinder 51, welcher das Drosselventil 2o betätigt, ohne den Servokolben 4o des Abblasventils 34 in Tätigkeit zu setzen. Dieses Ventil wird verhältnismäßig langsam durch den Abblasregler 8o geschlossen, welcher das Antriebsmittel über die Leitungen 84 und &5 zuführt, bis die Geschwindigkeit der Strömung, welche aus der Ladeturbine abgezweigt und durch das Pitotrohr &i in Verbindung mit -der Messung des statischen Druckes in --dem Rohr 82 gemessen wird, auf z. B. o,95 des Wertes absinkt, der bei dem gleichen Förderdruck des Kompressors unter normalen Verhältnissen bei voller Drossel besteht.
  • In Fig. 2 sind die Muffenstellungen des Drehzahlreglers 5 als Ordinaten und die tatsächlichen Drehzahlen der Leitungsturbine 3 als Abszissen aufgetragen. Die Grundlinie dieser Darstellung entspricht der Unterdrehzahlendstellungdieser Muffe, während die obere Linie der Überdrehzahlendstellung entspricht, die beispielsweise von der Unterdrehzahlendstellung etwa 7 bis 8 mm entfernt ist. Eine horizontale Gleichgewichtslinie ist strichpunktiert eingetragen. Die Bedeutung der beiden anderen horizontalen Linien wird später erläutert.
  • Die etwas abfallenden Charakteristiken des Drehzahlreglers, wie sie für eine stabile Wirkungsweise erforderlich sind, wurden in Abständen von iooo U/min bis 5ooo U/min eingetragen. Bei der Drehzahlcharakteristik für 5ooo U/min ist das Prinzip der zweifachen Regelung gemäß der Erfindung in der Darstellung zum Ausdruck gebracht.
  • Durch die langsam wirkende Regeleinrichtung 73, 72, 62 wird die Brennstoffspeisung der Verbrennungskammer 14 der Ladeturbine 2 erhöht, wenn die Muffe des Drehzahlreglers 5 von der Gleichgewichtslinie in einen Zustand mit Unterdrehzahl abfällt, der in Fig. 2 durch die Fläche unterhalb- der strichpunktierten Linie angegeben ist. Die Brennstoffspeisung wird andererseits vermindert, wenn die Muffe über diese Linie in den Überdrehzahlbereich ansteigt, so daß Drehzahl und Leistung der Ladegruppe erhöht oder vermindert und die Leistungsturbine dadurch allmählich auf den Gleichgewichtszustand zurückgeführt werden. Dies ist in Fig. 2 ganz rechts angegeben.
  • Die schnell wirkende Regeleinrichtung 75, 50, 20, 54, 40, 34, 36 wird so eingestellt, daß die Drossel 2o in dem Unferdrehzahlbereich unterhalb der strichpunktierten Gleichgewichtslinie ganz geöffnet bleibt und ebenso in dem Bereich bis hinauf zu der ersten horizontalen. Linie, welche einem Überdrehzahlbetrieb von etwa 2 % entspricht. Geringe und zeitweilige Änderungen der Drehzahl der Leistungsturhine werden daher kein Abblasen durch das Ventil 34 zur Folge haben.
  • Wenn die Überdrehizahl 2 % überschreitet, beginnt die Drossel 2o ihre Bewegung in die Schließstellung, die sie bei einer Überdrehzahl von weiteren 5 %" d. h. bei einer Überdrehzahl von insgesamt 70/a erreicht. Die Abblasventile 34 und 36 werden dann mehr oder weniger geöffnet, wie dies oben. beschrieben wurde. Durch dieses Abdrosseln wird der Betrieb der Leistungsturbine 3 schnell in die Nähe der Gleichgewichtslinie zurückgeführt, wobei die Wiederherstellung eines genauen Gleichgewichts der erwähnten langsam wirkenden Regeleinrichtung überlassen bleibt.
  • Damit bei ganz geschlossener Drossel eine genügende Luftströmung durch die Verbrennungskammer 24 bestehenbleibt, um diese in Gang zu halten, ist die Drossel 2:0 .durch ein Nebenwegventil 30 überbrückt, welches durch eine Membran 3 r gesteuert wird. Die eine Seite dieser Membran ist zur Atmosphäre offen und mit einer Feder belastet, so daß ein minimaler Druck von z. B. o,r45 kg/cm2 an der Abströrmseite der Drossel, entsprechend einer annehmbaren Leerlaufdrehzahl der Leistungsturbine 3, aufrechterhalten wird.
  • Das mit dem Hauptabblasventil34 gekuppelte Hilfsa,bblasventi136 öffnet einen Weg von der heißen Sammelleitung des Wärmeaustausch,ers -2a (für die Leistungsturbine) über die Leitung 37 zur Atmosphäre, wobei dieser Weg eine Durchflußaufnah.mefähigkeit besitzt, die in der Größenordnung der halben Durchflußaufnah.mefähigkeit der Leistungsturbine 3 liegt. Dieses Hilfsabblasventil 36 vermindert in der geöffneten Stellung die Wirksamkeit des Wärmeaustauschers 22. Es ermöglicht, daß ein annehmbarers Luftbrennstoffverhältnis in der Verbrennungskammer 24. bei Leerlaufbetrieb aufrechterhalten wird, wenn kein Wärmeabfall an der Leistungsturbine 3 auftritt, und es unterstützt ferner die Konstanthaltung der Temperatur der verschiedenen Teile des Wärmeaustauschers 22 bei gedrosseltem oder ungedrosseltem Betrieb.
  • Die Brennstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer 2d. -wird lediglich in Abhängigkeit von dem Einlaßdruck an der Turbine 3 geregelt, welcher auf die Kapsel 65 einwirkt und ein Maß für die Durch-Strömung ist.
  • Das beschriebene System führt daher zu einem normalen ungedrosselten Betrieb der Leistungsturbine 3 durch die sehr langsame Abgleichwirkung des Reglers 5 auf die Brennstoffzufuhr zu der Ladeturbine, welche durch die; viel schnellere Regelung der Luftdrosselung der Leistungsturbine 3 mittels der Drossel unterstützt wird, -während die Drehzahl der Ladeturbine 2 auf einen Wert, bei welchem das Abdrosseln nicht mehr erforderlich ist, oder auf die niedrigste Drehzahl herabgesetzt wird, bei welcher die Ladegruppe sich selbst aufrechterhält.
  • Bei gedrosseltem Betrieb wird die aus der Ladeturbine 2 abgezweigte Luftströmung nicht unter o,95 ihres normalen ungedros.selten MTertes mittels des Abblasreglers 8o gehalten, der durch die Kupplung der Abblasventile 3q., 36 und die Luftdrossel 2o während der Schließbewegung, aber nicht Öffnungsbewegung, der letzteren unterstützt wird.
  • Dadurch wird die Gefahr vermieden, daß der Verdichter während der kurzen Zeit zwischen einem plötzlichen Schließen des Drosselventils 20 und dem Öffnen des Abblasventils 34 durch den Regler 8o abgewürgt wird.
  • Das System ergibt somit eine Drehzahlregelung der Leistungsturbine 3 vom Leerlauf bis zur vollen Belastung mittels eines einzigen Reglerhebels 7. In äußersten Fällen tritt eine sofortige Regelung durch die Schließwirkung der Drossel 2o, in etwa 1/s Sekunde ein, nachdem die Leistungsturbine eine überdrehzahl erreicht hat, gefolgt von. einer Einstellung der Drehzahl der Ladeturbine während etwa 2o Minuten oder einer anderen Zeit, die zur Vermeidung von thermischen Beanspruchungen erforderlich ist, und während dieser Zeit wird die Drossel allmählich wieder geöffnet.
  • Es kann im voraus plötzlichen. Belastungssteigerungen Rechnung getragen werden, indem man den Hebel 8 in die Stellung umlegt, in welcher der Servozylinder 72 kurzgeschlossen wird, und die Ladeturbine durch Handbetätigung des Hebels 9 auf volle Drehzahl bringt, während die Drehzahl der Leistungsturbine durch die, Wirkung des Reglers konstant gehalten wird, -welcher die Drossel 2o allmählich schließt, wenn die Drehzahl der Ladeturbine sich erhöht.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Gasturbinenanlage mit wenigstens einer Nutzleistung liefernden Turbine (Leistungsturbine) und wenigstens einer Ladegruppe, -welche aus einer unabhängig umlaufenden Turbine (Ladeturbine) besteht, die einen Verdichter für die parallele Speisung der Verbrennungskammern der beiden Gasturbinen mit verdichteter Luft antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweifache Drehzahlregelung der Leistungsturbine vorgesehen ist, nämlich eine langsam -wirkende Regelung, die auf geringe Abweichungen der jeweiligen Drehzahl der Leistungsturbine von ihrem Sollwert anspricht, und eine schnell wirkende Regelung, -welche auf große Abweichungen der jeweiligen Drehzahl der Leistungsturbine von ihrem Sollwert anspricht, -wie sie durch Belastungsänderungen oder durch Änderung .der Drehzahleinstellung der Leistungsturbine hervorgerufen -werden können.
  2. 2. Anlage, nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die langsam arbeitende Regelung selbsttätig auf die Brennstoffspeisung der Ladeturbine einwirkt und dadurch deren Drehzahl und diejenige des von ihr angetriebenen Verdichters je nach dem Treibmittelbedarf der Leistungsturbine verändert, -während die schnell arbeitende Regelung eine normalerweise geöffnete Dross°I in der Verbindung zwischen dem Verdichterausgang und dem Eingang der Leistungsturbine allmählich in der Schließrichtung verstellt, wenn die Leistungsturbine eine Überdr-Azahl erreicht, die einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und diese Drossel bei einer fJ@berdrehzahl eines höheren vorbestimmten Wertes vollständig schließt, wobei der Luftüberschuß des Verdichters durch ein selbsttätiges Abblasventil abgeblasen wird.
  3. 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekemizeichnet, daß die langsam arbeitende Regelung die Drehzahl der Ladegruppe mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 3'/0 pro Minute verändert. q.. Anlage nach Anspruch a oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vorbestimmte Ü berdrehzahlwert der Leistungsturbine in der Größenordnung von 2 % über dem Sollwert ihrer Drehzahl liegt. 5. Anlage nach Anspruch 2, 3 oder q., dadurch gekennzeichnet, daß der zweite vorbestimmte Überdrehzahlwert der Leistungsturbine in der Größenordnung von 7 % über dem Sollwert ihrer Drehzahl liegt. 6. Anlage nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die schnellste Bewegung der Drossel aus der ganz geöffneten in die ganz geschlossene Stellung in etwa 1/s Sekunde ausgeführt wird. 7. Anlage nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Leistungsturbine durch einen Drehzahlabfall oder durch Änderung ihrer Drehzahleinstellung auf eine höhere Drehzahl mit Unterdrehzahl läuft, die Brennstoffspeisung der Ladegruppe und folglich deren Drehzahl und Förderleistung entweder selbsttätig durch die langsam arbeitende Regelung oder durch eine überschreitende Handregelung vergrößert wird, welche willkürlich betätigt -werden kann, bevor die Drehzahleinstellung der Leistungsturbine auf einen: höheren Wert geändert wird, so daß der erhöhte Treibmittelbedarf der Leistungsturbine durch die Drehzahlerhöhung .der Ladegruppe vorweggenommen und die ganze Kraftanlage auf eine Überdrehzahl gebracht wird. B. Anlage nach Anspruch z oder 7, dadurch gekennzeichnet; daß die langsam arbeitende Regelung durch den Drehzahlregler der Leistungsturbine betätigt wird und ein Regelventil in dem Brennstoffsystem des Brenners .der Verbrennungskammer der Ladeturbine umfaßt. 9. Anlage nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß -die langsam wirkende Regelung mit einer Handregelung ausgerüstet ist, welche auf ein Ventil für Überströmregelung einwirkt, wobei ein. Umschalter vorgesehen -ist, durch welchen dieses Überströmregelventil entweder der selbsttätigen Steuerung durch die langsam wirkende Regelung oder der Handregelung unterworfen wird. zo. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schnell arbeitende Regelung ein Ventil aufweist, welches eine feste und eine veränderliche Öffnung, die durch ein von dem Drehzahlregler der Leistungsturbine betätigtes Nadelventil geregelt wird, besitzt und daß die eine Öffnung mit einer Quelle von annähernd konstantem hydraulischem Druck und die andere Öffnung mit dem Ablaß verbunden ist, während der aus, einer zwischen beiden Öffnungen gelegenen Kammer entnommene Druck einem hydraulischen Servomotor zugeführt wird, der die durch eine Feder .in Richtung der Schließlage vorgespannte Drossel betätigt. r r. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nebenweg die beiden Seiten der Drossel überbrückt und durch ein Ventil überwacht wird, welches durch eine Membran ,betätigt wird, die die gleiche wirksame Fläche wie das Ventil aufweist und an einer Seite dem atmosphärischen Druck und an der anderen Seite dein vor der Drossel herrschenden Druck ausgesetzt ist, wobei dieses Ventil durch eine Feder in Richtung seiner geöffneten Stellung vorgespannt, jedoch normalerweise durch den Druck geschlossen gehalten wird, der auf seine abströmseitige Fläche einwirkt und die Federvorspannung überwindet, während es geöffnet wird, wenn der abströmseitige Druck einen vorbestimmten Wert unterschreitet, so daß genügend Verbrennungsluft für die Verbrennungskammer der Leistungsturbine auch bei ganz geschlossener Drossel geliefert wird. 12. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Wärmeaustauscher vorgesehen sind, deren kalte Kanäle den Verdichterausgang parallel mit derLeistungsturbine einerseits und der Ladeturbine andererseits verbinden und deren heiße Kanäle mit den Ausströmgasen der Leistungsturbine bzw. der Ladeturbine gespeist werden, wobei die Drossel und das Abblasventil an der Zuströmseite des kalten Kanals des der Leistungsturbine zugeordneten Wärmeaustauschers angeordnet sind. 13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem selbsttätigen Abblasventil ein Hilfsabblasventil verbunden ist, welches sich mit jenem zusammen öffnet und schließt und vom Ausgang des kalten Kanals .des der Leistungsturbine zugeordneten Wärmeaustauschers gespeist wird, so daß auch dann, wenn der Verbrauch der Leistungsturbine an verdichteter Luft sehr gering ist, eine ausreichende Strömung durch diesen kalten Kanal gewährleistet ist, um seine Überhitzung zu vermeiden. 1q.. Anlage nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, da,ß die Drehzahleinstellung der Leistungsturbine geändert wird, indem man die Federbelastung des Drehzahlreglers dieser Turbine verändert. 15. Anlage nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffspeisung der Verbrennungskammer der Leistungsturbine durch ein Ventil mit überströmregelung geregelt wird, das in Abhängigkeit von dem Druck am Eingang der Leistungsturbine selbsttätig in dem Sinn betätigt wird, daß dieses Ventil mit überstrÖmregelung sich öffnet, -wenn dieser Druck abnimmt. 16. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit wenigstens einer Nutzleistung liefernden Turbine (Leistungsturbine) und wenigstens einer Ladegruppe, welche aus einer unabhängig umlaufenden Turbine(Ladeturbine) besteht, die einen Verdichter für die Speisung der Verbrennungskammern der beiden Gasturbinen mit verdichteter Luft antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsturbine auf zweifache Weise geregelt wird, indem einerseits die Drehzahl der Ladeturbine durch Vergrößerung oder Verminderung ihrer Brennstoffzufuhr unter bzw. über einer Gleichgewichtslage erhöht bzw. vermindert und andererseits die Zufuhr von verdichteter Luft aus dem Verdichter zu der Leistungsturbine gedrosselt wird, wobei sie allmählich bei einer ersten Überdrehzahl von etwa :2% bei voll geöffneter Drossel beginnt und die volle Schließung der Drossel bei einer zweiten Überdrehzahl von etwa 5010 über dem ersten Wert erreicht wird, so daß geringe Schwankungen der Drehzahl die zweite Regelung unberührt lassen.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1107887B (de) * 1957-04-16 1961-05-31 Power Jets Res & Dev Ltd Regler zur Pumpverhuetung bei Stroemungsverdichtern
DE1135714B (de) * 1955-08-17 1962-08-30 United Aircraft Corp Brennstoffregelanlage von Zweiwellen-Gasturbinentriebwerken, insbesondere zum Antrieb von Hubschraubern
DE1137267B (de) * 1955-02-24 1962-09-27 United Aircraft Corp Regeleinrichtung fuer Gasturbinentriebwerke

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1137267B (de) * 1955-02-24 1962-09-27 United Aircraft Corp Regeleinrichtung fuer Gasturbinentriebwerke
DE1135714B (de) * 1955-08-17 1962-08-30 United Aircraft Corp Brennstoffregelanlage von Zweiwellen-Gasturbinentriebwerken, insbesondere zum Antrieb von Hubschraubern
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