DE949610C - Mit Gleichdruckverbrennung arbeitende Gasturbinenanlage - Google Patents

Description

• Mit Gleichd.ruckverbrennung arbeitende Gasturbinenanlage Es sind mit Gleichdruckverbrennung arbeitende Gasturbinen als Antriebsmaschinen zur Erzeugung von Drucklüft bekannt, bei denen- die Lieferung der Brennluft für die Gasturbine und der Nutzluft für andere Zwecke durch ein und dasselbe Gebläse erfolgt oder auch durch zwei getrennte, von der gleichen Turbine angetriebene Verdichter.
• Die anteilige Regelung von Nutzluft und Brennlufterfolgt bei einer dieser bekannten Anlagen in der Weise, daß die den Brennstoff im normalen Betriebsbereich zur Erzeugung einer bestimmten Nutzluftmenge oder eines bestimmten Nutzluftdruckes einstellende Regelvorrichtung im Falle einer Betriebsstörung od. dgl. durch einen GrenzreQgler abgelöst wird, sobald die Treibgastemperatur, die Drehzahl oder die Leistung der Turbine die obere Grenze des normalen Betriebsbereiches zu überschreiten drohen.
• Bei einer solchen Anlage hat es sich ads ein Nachteil herausgestellt, daß die Schwankungen der abzugebenden Nutzluftmenge sich auf die Erzeugung der Brennluft ungünstig auswirken, weil bei geringer Nutzluftabgabe der Verdichter für die Nutzluft so wenig ausgelastet ist, daß die Gefahr eines Pumpens besteht, so daß alsdann die Erzeugung der Brennluft in unübersichtlicher Weise gestört ist, ganz abgesehen von der Raumbeanspruchung, wenn es sich um einen einzelnen großen Verdichter zur Erzeugung von Nutz- und Brennluft handelt.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel bei einer Gasturbinenanlage zu beseitigen, bei der eine Gasturbine als Antriebsmaschine zur Erzeugung von Nutz- und Brennluft benutzt wird und bei der die Grenzregelung der Nutzluft in Abhängigkeit von der Treibgastemperatur sowie der Drehzahl und der Leistung der Turbine, d. h. in Abhängigkeit von der Steuerung der Gasturbinengruppe, erfolgen soll.
• Die ebenfalls bekannten Anlagen zur Erzeugung von Nutz- und Brennluft mit zwei parallel arbeitenden, von der gleichen Gasturbine angetriebenen Verdichtern sind so ausgelegt, daß der Druck in der Brennluftleitung stets höher sein muß als in der Nutzluftleitung. Ist in diesem Fall ein Ventil in der Verbindungsleitung der beiden Verdichter vorgesehen, dann wird bei schwacher Belastung die Gefahr eines Pumpens des Nutzluftvendichters noch wesentlich erhöht, was aber durch die Erfindung gerade vermieden werden soll.
• Die Erfindung besteht darin, daß bei Verwendung zweier in an sich bekannter Weise druckseitig miteinander verbundener, von der gleichen Gasturbine angetriebene Verdichter für die Brennluft und die Nutzluft das in der Verbindungsleitung der beiden Verdichter auf deren Druckseite angeordnete, der Steuerung der Gasturbinengruppe unterstehende Regelorgan als Luftverteilorgan ausgebildet ist und wahlweise in einer der beiden Richtungen durchströmt wird, wobei insbesondere das Luftverteilorgan von der Steuerung der Gasturbinehgruppe derart beeinflußt wird, daß es bei Überschreiten einer bestimmten Treibgastemperatur, einer bestimmten Höchstdrehzahl oder der Leistungsgrenze der Turbine einen Teil der erzeugten Nutzluft zur Brennluft abzweigt.
• Wird in diesem Fall Brennluft über Gebühr beansprucht, so daß die Leistung des Nutzluftverdichters zur Lieferung dieser zusätzlichen Brennluft nicht ausreicht, dann wird gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung vorgeschlagen, das Luftverteilorgan in zwei miteinander gekoppelte Ventile zu trennen, speziell in der Weise, daß die Drosselung der Nutzluftmenge erst von einem vorgegebenen Mindestdruck bzw. von einer Mindestmenge der abgezweigten zusätzlichen Brennluft ab erfolgt.
• In der Zeichnung äst die Erfindung neben dem bekannten Stand der Technik in zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. r eine bekannte Anlage mit einem Verdichter, an Hand deren der Stand der Technik nachstehend näher erläutert wird, Fig. 2 eine Anlage mit zwei parallel arbeitenden, im Normalfall getrennten Verdichtern mit einem erfindungsgemäß beeinflußten Luftverteilorgan, Fig. 3 die Anlage nach Fig. 2 mit aufgeteiltem Regelorgan zur Lieferung der Zusatzbrennluft und zur Drosselung der Nutzluft.
• Bei der bekannten Anlage dient die Gasturbine r als Antriebsorgan für den einzigen Luftverdichter 2, :der sowohl Brennluft A durch den Wärmeaustauscher ro in die Brennkammer 5 liefert als auch Nutzluft B für beliebige Zwecke erzeugt. Die Gasturbine arbeitet ferner mit einem Gase verdichter 6 zusammen, der das Brenngas in die Brennkammer .fördert. Ein- am Turbineneingang vorgesehener Temperaturfühler 15 beeinflußt sowohl über einen Regler 13, 14 die Brenngasmengen als auch über ein Regelventil 16 die anteilmäßige Verteilung der erzeugten Luft zwischen Nutz-und Brennluft. Der Regler 13, 14 für die Brenngasmenge arbeitet außerdem ;in der üblichen Weise mit dem Drehzahlregler r7 zusammen. Die abzugebende Nutzluftmenge wird durch ein Regelorgan 7 gesteuert, das seinerseits ebenfalls den Mengenregler 13, 14 für das Brenngas beeinfiußt.
• Wird bei dieser bekannten Anlage das Ventil ? zu weit geschlossen, wird also zu wenig Nutzluft benötigt, so wird die durch den Verdichter 2 strömende Luftmenge zu gering. Der Verdichter fängt an zu pumpen, so daß die gelieferte Brennluftmenge in nicht zu übersehender Weise schwanken kann, nachdem sie über das Luftverteilorgan mit der Nutzluftmenge gekoppelt ist.
• Dieser Mangel soll gemäß der Erfindung durch die Anlage nach Fig. 2 beseitigt werden. Bei dieser Anlage werden durch die Gasturbine r in an sich bekannter Weise zwei auf der gleichen Welle sitzende Verdichter 2 und 3 angetrieben, von denen der Verdichter 2 über den Wärmeaustauscher ro die Brennluft für die Brennkammer 5 liefert. Der Verdichter 3, dessen Gattung .und Aufbau von demjenigen .des Verdichters 2 abweichen kann, dient zur Erzeugung der Nutzluft, deren Menge primär durch das Ventil 7 einstellbar ist.
• Der Anschluß des Nutzluftverdichters 3 an die Luftleitung für die Nutz- und Brennluft befindet sich zwischen dem Nutzluftventil 7 und dem Luftverteilventil r6, das im Normalfall geschlossen sein kann. Erst wenn beispielsweise der Temperaturfühler 15 anspricht und hierdurch eine zusätzliche Brennluftmenge zur Herabsetzung der Treibgastemperatur erforderlich wird, wird dieses Luftverteilventil 16 geöffnet.
• Solange die Leistung des Verdichters 3 zur Speisung der Nutzluftleitung und zur Lieferung der zusätzlichen Brennluftmenge ausreicht, solange also der Druck auf der Nutzluftseite des Ventils 16 höher liegt als auf der Brennluftseite, ist die Anlage nach Fig. 2 anwendbar.
• Wird aber das Ventil 7 für die Nutzluftabgabe so weit geöffnet und -so viel Nutzluft abgenommen, daß der Nutzluftdruck zu weit absinkt, dann ist es notwendig, daß die Nutzluftmenge selbsttätig gedrosselt wird. Dies geschieht bei der Anlage nach Fig. 3 in der Weise, daß die Druckleitung des Verdichters 3 in einen Nutzluft- und einen Brennluftzweig aufgeteilt wird, wobei die zwei in den Zweigen vorgesehenen Regelventile zu einer Regeleinheit 16, in der Weise gekoppelt sind, daß beim Öffnen des Brennluftzweiges der Nutzluftanteil zwangläufig gedrosselt wird.
• Die Kopplung der beiden Ventilteile kann starr sein, es ist aber auch möglich, die Drosselung der Nutzluftmenge erst von einem bestimmten Mindesbdruck :der Luft in der Druckleitung des Nutzluftverdichters 3 abhängig zu .machen oder von einer vorgegebenen Menge des Anteiles an zusätzlicher Brennluft.
• Sollte in einem Sonderfall der Druck der Brennluft über demjenigen der Nutzluft liegen, ist es mit der gleichen Anlage bei entsprechender Steuerung des Luftverteilorgans durch die Gasturbinengruppe auch möglich, umgekehrt einen Teil der in diesem Fall überschüssigen Brennluft in die Nutzluftleitung überströmen zu lassen, jedoch ist diese Möglichkeit auf den Fall beschränkt, daB die Abgabe der Nutzluftmenge unter verringertem Druck erfolgen soll.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Mit Gleichdruckverbrennung arbeitende Gasturbinenanlage, bei der die Gasturbine als Antriebsmaschine für die Erzeugung von Brennluft und Nutzluft dient, mit einem Regelorgan für die Nutzluft, das der Steuerung -der Gasturbinengruppe untersteht, dadurch gekennzeichnet, daB bei Verwendung :zweier in an sich bekannter Weise druckseitig miteinander verbundener, von der gleichen Gasturbine angetriebener Verdichter für die Brennluft und die Nutzluft das in der Verbindungsleitung der beiden Verdichter auf deren Druckseite angeordnete, der Steuerung der Ga@sturbinengruppe unterstehende Regelorgan als Luftverteilorgan ausgebildet ist und wahlweise in einer der beiden Richtungen durchströmt wird.
2. 2. Gasturb.inen:anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d aß das Luftverteilorgan in der Weise von der Steuerung der Gasturbinengruppe selbsttätig beeinfluBt ist, daB es bei ÜTberschreiten einer bestimmtemTreibgastemperatur, einer Höchstdrehzahl oder derLeistungsgrenze der Gasturbine zusätzliche Brennluft aus der Nutzluft abzweigt.
3. 3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung des Nutzluftverdichters in zwei Zweige und das Luftverteilorgan in zwei derart miteinander gekoppelte Ventile aufgeteilt ist, daß bei der Lieferung eines Brennluftanteiles aus der erzeugten Nutzluft die abzugebende Nutzluftmenge entsprechend gedrosselt wird.
4. 4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine derartige Kopplung der beiden Ventile des Luftverteilorgans, daß die Drosselung der Nutzluftmenge erst von einem vorgegebenen Mindestdruck in der Druckluftleitung des Nutzluftverd.ichters bzw. von einer Mindestmenge der abgezweigten zusätzlichen Brennluft ab erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschriften Nr. 291 307, 215475.