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Publication number: DEB0027834MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 9. Oktober 1953 Bekanntgemacht am 29. März 1956Registration date: October 9, 1953. Advertised on March 29, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Es sind mit Gleichdruckverbrennung arbeitende Gasturbinen als Antriebsmaschinen zur Erzeugung von Druckluft 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.There are gas turbines working with constant pressure combustion as drive machines for generation known from compressed air, in which the supply of the combustion air for the gas turbine and the useful air for other purposes by one and the same fan or by two separate ones from the same turbine driven compressor.

Die anteilige Regelung von Nutzluft und Brennluft erfolgt 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 Grenzregler abgelöst wird, sobald die Treibgastemperatur, die Drehzahl oder die Leistung der Turbine die obere Grenze des normalen Betriebsbereiches zu überschreiten drohen.The proportional regulation of useful air and combustion air takes place in one of these known systems in the, way that the fuel in the normal operating range to produce a certain Usable air volume or a certain usable air pressure adjusting control device in the case a malfunction or the like by a limit controller is replaced as soon as the gas temperature, the speed or the power of the turbine threaten to exceed the upper limit of the normal operating range.

Bei einer solchen Anlage hat es sich als 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 Erzen- as gung 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. 'In such a system, it has been found to be a disadvantage that the fluctuations in The amount of useful air to be emitted has an unfavorable effect on the generation of the combustion air, because at low useful air output the compressor for the useful air is so little utilized that the danger there is pumping, so that then the generation of the combustion air is disturbed in a confusing way is, not to mention the space requirement, if it is a single large one Compressor for the generation of useful and combustion air. '

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel bei einer GasturbinenanlageThe invention is therefore based on the object of addressing these deficiencies in a gas turbine system

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B 27834 Ia/46 fB 27834 Ia / 46 f

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.to eliminate, in which a gas turbine as the drive machine for the generation of useful and combustion air is used and in which the limit control of the useful air depending on the LPG temperature as well as the speed and the power of the turbine, d. H. depending on the control of the gas turbine group.

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 Nutz-' luftverdichters noch wesentlich erhöht, was aber durch die Erfindung gerade vermieden werden soll.The well-known systems for generating useful and combustion air with two parallel working, from the same gas turbine. driven compressors are designed so that the The pressure in the combustion air line must always be higher than in the useful air line. Is in this case a valve is provided in the connecting line of the two compressors, then it is weak Load the risk of pumping of the utility 'air compressor still significantly increases, but this is to be avoided by the invention.

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 Druck- seite 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 Gasturbinengruppe derart beeinflußt wird, daß es bei Überschreiten einer bestimmten Treibgastemperatur, einer bestimmten Höchstdrehzahl oder der Leistungsgrenze der Turbine einen Teil der erzeugten Nu-tzluft zur Brennluft abzweigt.The invention consists in that when two are used in a manner known per se on the pressure side interconnected compressors for the combustion air driven by the same gas turbine and the useful air that is in the connecting line of the two compressors on their pressure side arranged, the control of the gas turbine group subordinate control element as an air distribution element is formed and is optionally traversed in one of the two directions, in particular the air distribution element is influenced by the control of the gas turbine group in such a way that that it occurs when a certain fuel gas temperature is exceeded, a certain maximum speed or the power limit of the turbine branches off part of the generated useful air to the combustion air.

Wind 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 this case, the wind excessively demands the combustion air, so that the performance of the useful air compressor to deliver this additional combustion air is not sufficient, then it is proposed according to a further development of the invention, to separate the air distribution element into two interconnected valves, specifically in such a way that that the throttling of the amount of useful air only from a predetermined minimum pressure or from one Minimum amount of branched off additional combustion air takes place.

In der Zeichnung ist die Erfindung neben dem bekannten Stand der Technik in zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, in addition to the known prior art, the invention is shown in two exemplary embodiments shown schematically, namely shows

Fig. ι eine bekannte Anlage mit einem Verdichter, an Hand deren der Stand der Technik nachstehend näher erläutert wird,Fig. Ι a known system with a compressor, on the basis of which the state of the art is explained in more detail below,

Flig. 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.Flig. 2 a system with two compressors working in parallel and normally separate with one according to the invention influenced air distribution element, FIG. 3 shows the system according to FIG. 2 with a split Control element for supplying the additional combustion air and for throttling the useful air.

Bei der bekannten Anlage dient die Gasturbine 1 als Antriebsorgan für den einzigen Luftverdichter 2, der sowohl Brennluft A durch den Wärmeaustauscher 10 in die Brennkammer 5 liefert als auch Nutzluft B für beliebige Zwecke erzeugt.In the known system, the gas turbine 1 serves as a drive element for the single air compressor 2, which both supplies combustion air A through the heat exchanger 10 into the combustion chamber 5 and generates useful air B for any purpose.

Die Gasturbine arbeitet ferner mit einem Gasverdichter 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 17 zusammen. Die abzugebende Nutzluftmenge wird durch ein Regelorgan 7 gesteuert, das seinerseits ebenfalls den Mengenregler 13, 14 für das Brenngas beeinflußt.The gas turbine also works with a gas compressor 6, which the fuel gas in the Combustion chamber promotes. A temperature sensor 15 provided at the turbine inlet influences both Via a regulator 13, 14 the fuel gas quantities and via a control valve 16 the proportional Distribution of the generated air between the useful and combustion air. The regulator 13, 14 for the amount of fuel gas also works together with the speed controller 17 in the usual manner. The one to be submitted Amount of useful air is controlled by a control element 7, which in turn also the Flow regulator 13, 14 influenced for the fuel gas.

Wird bei dieser bekannten Anlage das Ventil 7 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.If the valve 7 is closed too far in this known system, there will be too little useful air is required, the amount of air flowing through the compressor 2 is too small. The compressor begins to pump so that the amount of combustion air supplied cannot be overlooked can fluctuate after it is coupled to the amount of useful air via the air distribution element is.

Dieser Mangel soll gemäß der Erfindung durch die Anlage nach Fig. 2 beseitigt werden. Bei dieser Anlage werden durch die Gasturbine 1 in an sich bekannter Weise zwei auf der gleichen Welle sitzende Verdichter 2 und 3 angetrieben, von denen go der Verdichter 2 über den Wärmeaustauscher 10 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.According to the invention, this deficiency is to be eliminated by the system according to FIG. At this Plant are two on the same shaft by the gas turbine 1 in a manner known per se seated compressors 2 and 3 driven, of which the compressor 2 goes via the heat exchanger 10 the combustion air for the combustion chamber 5 supplies. The compressor 3, its type and structure of that of the compressor 2 may differ, is used to generate the useful air, the amount of which is primarily adjustable by the valve 7.

Der Anschluß des Nutzluftverdichters 3 an die Luftleitung für die Nutz- und Brennluft befindet sich zwischen dem Nutzluftventil 7 und dem Luftverteilventil 16, 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. 'The connection of the useful air compressor 3 to the air line for the useful and combustion air is located between the useful air valve 7 and the air distribution valve 16, which is normally closed can be. Only when, for example, the temperature sensor 15 responds and thereby an additional one The amount of combustion air required to reduce the propellant gas temperature will be this Air distribution valve 16 open. '

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.As long as the performance of the compressor 3 for feeding the useful air line and for delivery the additional amount of combustion air is sufficient, so as long as the pressure on the useful air side of the valve 16 is higher than on the combustion air side, the system according to FIG. 2 can be used.

Wird aber das Ventil 7 für die Nützluftabgabe 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 i6_a in der Weise gekoppelt sind, daß beim Öffnen des Brennluftzweiges der Nutzluftanteil zwangläufig gedrosselt wind.If, however, the valve 7 is opened so far for the supply of useful air and so much useful air is drawn that the useful air pressure drops too far, then it is necessary that the amount of useful air is automatically throttled. This is done in the system according to FIG. 3 in such a way that the pressure line of the compressor 3 is divided into a useful air and a combustion air branch, the two control valves provided in the branches being _{coupled to a control unit i6 a} in such a way that the When the combustion air branch is opened, the proportion of useful air is inevitably throttled.

Die Kopplung der beiden Ventilteile kann starr sein, es ist aber auch möglich, die Drosselung der Nutzluftmenge erst von einem bestimmten Min-The coupling of the two valve parts can be rigid, but it is also possible to reduce the throttling of the Usable air volume only from a certain minimum

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destdruck der Luft in der Druckleitung des Nutzluftverdichters 3 abhängig zu machen oder von einer vorgegebenen Menge des Anteiles an zusätzlicher Brennluft. Minimum pressure of the air in the pressure line of the useful air compressor 3 to make dependent or on a predetermined amount of the proportion of additional combustion air.

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, daß die Abgabe der Nutzluftmenge unter verringertem Druck erfolgen soll.If, in a special case, the pressure of the combustion air is higher than that of the useful air, it is with the same system with appropriate control of the air distribution element by the gas turbine group also possible, conversely, some of the excess combustion air in this case into the useful air line to overflow, however, this possibility is limited to the case that the delivery the amount of useful air is to take place under reduced pressure.

Claims

PATENT KITCHEN:

I. Gas turbine system operating with constant pressure combustion, in which the gas turbine is used as Drive machine for the generation of combustion air and useful air is used, with a control element for the useful air that is subject to the control of the gas turbine group, characterized in that, that when using two in a known manner connected to each other on the pressure side, from the same gas turbine driven compressor for the combustion air and the useful air that is arranged in the connection line of the two compressors on their pressure side, the control unit subordinate to the control of the gas turbine group as an air distribution unit is formed and is optionally traversed in one of the two directions.

2. Gas turbine plant according to claim i, characterized in that the air distribution element is automatically influenced in such a way by the control of the gas turbine group that it is at Exceeding a certain fuel gas temperature, a maximum speed or the performance limit the gas turbine branches off additional combustion air from the useful air /

3. Gas turbine plant according to claim 2, characterized in that the pressure line of the Useful air compressor in two branches and the air distribution element in two such with each other coupled valves is divided that when a combustion air portion is supplied from the generated Useful air the amount of useful air to be released is throttled accordingly.

4. Gas turbine plant according to claim 3, characterized by such a coupling of the two valves of the air distribution element that the throttling of the amount of useful air is only possible from a specified minimum pressure in the compressed air line of the useful air compressor or takes place from a minimum amount of the branched off additional combustion air.

Referred publications:
Swiss patents No. 291 307, 475

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings